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1、浅析ANSYS FLUENT在燃煤电厂中的应用贵州大方发电有限公司551600摘要：电力是现代文明的催化剂，然而燃煤发电在现代能源结构中 占据绝对的比重，在我国能源结构中高达75%以上，故而探索热源的温度场、速 度场的分布有着深远的意义，通过对温度场、速度场的探究并了解其分布特性, 让其指导我们在实际运行中合理地组织燃烧以得到合适温度场、速度场，有效减 少炉内结焦、传热恶化、管壁超温爆管等运行事故发牛，降低机组“非停”概率， 对提高机组运行经济性有着深远的意义。¬¬¬关键词：数值模拟几何建模网格划分边界条件迭代计算温度场速 度场云图显示通过多年的运行总结发现，燃煤发电的
2、大部分运行事故都是锅炉引发, 或是因垮焦灭火、亦或是因结焦导致管壁超温爆管等。曾经某厂一年就因垮焦灭 火34次，单月单机“四管”爆破4次的记录。故通过改变过一、二次风入射角 度、强度及风煤配比等手段来合理组织炉内燃烧，改变炉内温度场、速度场分布 以改善炉内传热工况。那么通过什么手段来肓观的感受炉内温度场、速度场的分 布情况呢？这就需要借助计算机数模拟分析计算大道这一目的，通过数值计算绘 制出相应的温度、速度云图，从而育观地显示出炉内的温度场、速度场分布情况。 基于这点愿望，ANSYS公司的大型通用有限元分析软件能够将这个愿望转为现 实。ANSYS软件是融合结构、流体、电场、磁场、声场、力学分析
3、于一体的 大型通用有限元分析软件。该软件主要包括三个部分:前处理模块、分析计算模 块和后处理模块。前处理模块是一个强大的实体建模及网格划分工具(ANSYSICEM)o其 中自适应网格划分是在牛成了具有边界条件的实体模型以后，自动地生成有限元 网格，通过多次分析、估计网格的离散误差，直至误差低于定义的值或达到定义 的求解次数后完成网格牛成计算。分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、 压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏 度分析及优化分析能力。其中在流体流动、燃烧反应、传热过程中都将运用到 ANSYS FLUENT,通过对引入前处理中生成
4、的网格节点上的能量方程、多种流动模 型、传热模型、限制边界条件以及各种物性参数的迭代计算(Interations),直至 迭代计算残差小于设置的残差，计算结果收敛，迭代计算完成(Intentions Complete )o ANSYS FLUENT模块还可对流体流动(单相流、多相流)、可燃物燃 烧、传热等过程进行有效的模拟。程序也可以对稳态和瞬态、线性和非线性热传 递进行分析处理。热分析还可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模 拟热与结构应力之间的热结构耦合分析能力。ANSYS FLUENT流体单元能进行流 体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和 通过每
5、个单元的流率。然后利用后处理功能产牛压力、流率和温度分布的图形显 zj O后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒 子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示等图形方式显示出来，也可将计 算结果以图表、曲线形式显示或输出，如图ansys-Olo下面我们就通过一个简单 算例肓观地体现ANSYS FLUEN软件来在实际工程中的意义。图ansys-01煤粉在分离器中分离轨迹在一个1000×10000 (mm)壁温为=1200K的圆筒燃烧域内有一股 流速，质量流量的煤粉与空气混合气流从中心250mm喷口喷射进入计算域，该 喷口圆环面域喷入速度温度的空气，如图ansys
6、-02o求解该区域内的温度场分布 以及燃烧及各产物组分浓度分布？图 ansys-02首先对该算例进行前处理，使用ANSYS ICEM ICEM建立几何模型，创建 该模型的拓扑结构(build diagnostic topology),检查几何容差并创建其Bodys或 fluid,设置网格参数后对模型进行网格划分计算，待计算结束后检查网格质量情 况，木算例的网格及网格质量如图Ansys-03所示。好的网格质量将对求解器起 到至关重要的作用，他将使得fluent求解器求解很快收敛，节约大量时间。以上 工作结束后图 Ansys-03我们选择fluent求解器并导出网格，保存为“*.cas”文件，完成
7、对工程模拟计算的前处理工作。然后进行分析计算。启动fluent求解器，读入前处理过程中牛成的“*.cas”文件并检查网 格最小体积为正数，没有负体积，启动Energy-on能量方程、Viscous粘性方程。 打开Discrete phase-on离散项模型。选择燃烧反应组分coal-mv- volatiles-air (中挥发性煤)、0、C。确定反应过程如下：(1) .mv-vol+O (Volumetric)(2) .C+ (Particle surface)(3) .C+ (Particle surface)(4) .C+0 (Particle surface)(5) +0 (Volume
8、tric)(6) + (Volumetric)创建完燃烧反应、设置入口和出口边界条件，输入算例提供的入口、出 口以及壁面参数等，设置迭代残差，然后对fluent求解器进行初始化solution initiahztiono设置迭代步数后进行大规模数值计算，得到迭代残差曲线如图 Ansys-04所示，完成分析计算，接下来对计算结果进行后处理。本算例后处理够 得到的温度场、速度场云图及产物组分浓度分布如下图所示。7、浓度8、浓度通过这个算例后处理得到的云图和梯度曲线，能够直观地看出燃烧区域 的温度场分布情况，了解高温区所处位置，指导进行有的放矢的运行调整以控制 金属管壁超温；观察速度云图或速度梯度找
9、出高速气流区，在此区域采取扰流措 施改变烟气流速，减少飞灰对金属管壁磨损来降低锅炉事故，以提高锅炉运行安 全性；通浓度分析能直观看出某区域处于还原气氛状态，有针对性地调整该区域 的的浓度，控制锅炉结焦；还可以通过对产物组分浓度分析，了解烟气中分布情 况，对指导我们采取措施降低浓度，减少烟气脱硝处理耗成木有着重要意义。 ANSYS有限元分析软件的其他模块还可以对金属受热膨胀情况、轴流或离心风机 内流体流场进行分析，指导控制汽轮机在开机过程中高中压缸、低压缸胀差，合 理控制暖机时间节约锅炉启动用油以达到节约机组启动成本的目的；通过对轴流 风机内流场的计算、流道流场的计算，了解风机失速、喘振的不稳定工况区，指 导运行调整过程中避开此不稳定区，避免造成运行事故。参考文献(1) .ANSYS FLUENT流体分析与工程实例段中詰 电子工业出版社2015年10 月(2) .传热学杨世铭 陶文铃 第四版 高等教育出版社2006年08月(3) .数值传热学陶文铃第二版西安交通大学出版社2001年05月
