烟气冷凝热能回收利用装置烟气流动方式优化与应用研究.doc

烟气冷凝热能回收利用装置烟气流动方式优化与应用研究北京建筑工程学院 葛海霞 王随林 穆连波 罗雪莹 严欢摘要 为优化天然气热能动力设备烟气冷凝热能回收利用装置，分别设计两种烟气流动方式，采用CFD软件Fluent模拟了烟气冷凝热能回收利用装置中的流场及温度场，并与工程应用实测结果进行比较，结果表明，采用渐变断面设计的烟气流动方式，烟气在换热面上分布更均匀，更有利于强化换热，阻力更小，节省材料和空间，且实际应用表明，可有效降低和消除噪音，研究结果可为研发天然气烟气冷凝热能回收利用装置提供参考。关键词 天然气 烟气 流动方式 优化 数值模拟 实测 0 引言随着能源结构优化和低碳经济的发展，对天然气的高效利用，提出了更高要求，余热余压利用工程作为国家“十一五”十大重点节能工程之一，在节能领域中发挥着重大作用。烟气冷凝热能回收利用装置是增设在天然气热能动力设备尾部的余热回收装置，烟气的分布与流动对装置换热起着重要作用，为使从天然气动力设备排出的烟气能够在装置中分布均匀、充分换热，分别设计两种烟气流动方式，用CFD软件Fluent模拟烟气在这两种烟气冷凝热能回收利用装置中的流动及换热过程，并对这两种装置的流体流动特性和传热性能进行比较。1 两种烟气冷凝热能回收利用装置烟气流动方式设计为使天然气动力设备烟气冷凝热回收利用装置的烟气流动阻力和噪音降到最小、在换热主体中流场最均匀、热回收效率最高，分别设计两种烟气流动方案，如图1所示。方案一采用矩形等高断面，其制造简单，但占据空间大，耗材多；方案二设计为渐变断面，其体积小，节省材料，制造相对复杂。 方案一 方案二图1 两种烟气冷凝热能回收装置烟气流动方式示意图2 烟气冷凝热能回收利用装置流场与温度场数值模拟采用CFD软件Fluent对这两种方案进行流场和温度场模拟。考虑到烟气冷凝热回收装置的对称性及内部结构复杂性，流场模拟采用二维模型对装置进行简化处理，以分析烟气在整个装置中的分布情况，温度场模拟采用三维模拟，以分析其换热性能。2.1 流场模拟与分析分别取两种方案的烟气冷凝热回收装置作为研究对象，模拟烟气在装置中的流动规律。2.1.1 数学模型假设烟气流动是不可压缩、紊流且为稳态流动，烟气物性参数为常数。描述现象的数学微分方程包括：1) 连续性方程： （1） 2) 动量方程： （2） （3） 3) 能量方程： （4） 式中：u, v分别为x,y方向的速度(m/s)；p为压力(Pa)；为运动粘滞系数(kg/(ms)；为烟气密度(kg/m3)；T为温度( K)；a为热扩散率(m2/s)。采用标准的SIMPLE算法求解控制方程的离散方程组，动量方程及能量方程均采用二阶迎风差分格式，湍流模型选双方程模型（标准k-e）进行计算。描述该现象的边界条件为：烟气进口速度2.0m/s，温度433K(160)，烟气出口选用压力出流条件，P=2Pa；假设装置外表面绝热。2.1.2模拟结果分析针对两种不同形式的烟气冷凝热能回收利用装置进行烟气的流场模拟，得出烟气冷凝热能回收利用装置内的压力场和速度场分布，如图2至图8。烟气在两种不同烟气冷凝热能回收利用装置内的压力场分布如图2和图3所示，方案二烟气压降比方案一烟气压降低24Pa，说明方案二的阻力更小，经计算，方案二比方案一烟气阻力减少10%20%。烟气在两种不同烟气冷凝热能回收利用装置内的速度场分布如图4和图5所示，图8所示为采用方案一的局部速度矢量放大图。由图2、图4、图6分析可得，方案一右上部为高压低流速区，左下部则是一低压高流速区，这两种区域的出现，不仅会导致回流和涡旋的出现（如图8所示），增加阻力，产生噪音，同时，烟气烟气分布不均匀，影响换热效果。由图3、图5、图7分析可得，方案二烟气分布较均匀，有利于换热，同时避免了采用矩形等高断面时的高压低流速及低压高流速区域出现，降低了阻力，减少了由于回流和涡旋产生的噪音。 图2 方案一的压力场分布图 图3 方案二的压力场分布图 图4 方案一的速度场分布图 图5 方案二的速度场分布图 图6 方案一的1-1断面烟速 图7 方案二的2-2断面烟速 (a)方案一左下部的涡旋 (b)方案一右上部的回流图8 方案一的局部速度矢量放大图 2.2温度场模拟与分析对两种方案的烟气冷凝热回收装置的换热过程进行模拟，分析不同烟气流动方式对装置换热性能的影响。2.2.1 数学模型该装置内为三维流动换热，假设烟气流动是不可压缩、层流稳态流动，烟气物性参数为常数。描述现象的数学微分方程包括：1） 连续性方程： （5）2） 动量方程： （6） （7） （8）3） 能量方程： （9）式中：u, v, w分别为x,y,z方向的速度(m/s)；p为压力(Pa)；为运动粘滞系数(kg/(ms)；为烟气密度(kg/m3)；T为温度( K)；a为热扩散率(m2/s)。计算采用标准的SIMPLE算法来求解上述控制方程的离散方程组，动量方程及能量方程均采用二阶迎风差分格式。描述现象的边界条件为：方案一、二换热段的烟气进口速度为图6、图7模拟的速度，温度温度433K(160)；烟气出口选用压力出流条件，P=2Pa；管壁温度从下向上依次为300.5K、301.0K、301.5K、302.0K、302.5K、303.0K，303.5K,304.0K；假设装置外表面绝热。2.2.2模拟结果分析对两种烟气流动方式的换热进行烟气温度场模拟，得出烟气在不同方案下的温度场分布，如图9、图10所示。由图看出：方案一，左端烟温由433K降到345K，右端烟温由433K降到325K，前后温降相差20K，说明进口烟气分布不均匀，从而导致换热不均匀；方案二，左端烟温由433K降到330K，右端烟温由433K降到325K，左端温降与右端温降相差不到5K，说明进口烟气分布均匀，保证了整体均匀换热，换热效果得到强化。 图9 方案一的温度场分布图 图10 方案二的温度场分布图3 数值模拟结果与工程实测数据的比较分别按以上两种烟气流动方式设计烟气冷凝热能回收利用装置，并应用于实际工程中进行实测，实测结果表明：（1）当其他条件相同，烟气流动方式不同时，按第二种流动方式设计的烟气冷凝热能回收利用装置的烟气阻力小于第一种，换热高于第一种；（2）当烟气流程增加1/4，按第二种流动方式设计的烟气冷凝热能回收利用装置，虽然设计流程增加1/4，与第一种流动方式相比，烟气冷凝热能回收利用装置烟气流动阻力相当，均为2025pa，烟气温降大，表明第二种流动方式烟气流动阻力小。而且，实践还表明第二种流动方式的烟气冷凝热能回收利用装置几乎达到无噪音。4 结论分别设计两种烟气流动方式，采用CFD软件Fluent模拟了烟气冷凝热能回收利用装置中的流场及温度场，并与工程应用实测结果进行比较，结果表明，第二种采用渐变断面的烟气流动方式，烟气在换热面上分布更均匀，更有利于强化换热，阻力更小，节省材料和空间，且实际应用表明，还可有效降低和消除噪音。研究结果可为研发天然气烟气冷凝热能回收利用装置提供参考。参考文献1 孙一坚.简明通风设计手册M.中国建筑工业出版社，19972 陶文铨. 数值传热学M. 第二版. 西安交通大学出版社, 20013 雷素敏.小型燃气锅炉热能回收装置结构优化与应用研究D.北京建筑工程学院2008.124 徐俊芳.烟气热能回收利用装置优化与工程应用研究D.北京建筑工程学院2010.03试题【】 1.试题的概念 用于考试的题目，要求按照标准回答。 它是命题者按照一定的考核目的编写出来的。 2.试题的应用领域 如今试题涉及各个领域，它是考核某种技能水平的标准。 比如，在各行业的招聘中，有招聘的试题。可以说，只要有考核要求，就会有试题。 试题用的最多的应该还是在教育中，在高考中，有高考试题；在中考中有中考试题；教学中老师想考核学生，也是用试题考核。 3.网络的试题资源 随着网络的发展，试题不再仅仅是写在纸上了，网上也有丰富的试题资源，有很对网站都提供了丰富的试题资源，不过最精良的资源往往是收费的。 但是通常在日常中，使用者往往更喜欢于找免费的试题资源网站。 常用的免费试题资源下载可以去教育网址站“千教网”上边查找，上边把免费和收费的网站分开了，涵盖了幼儿，小学，初中，高中，自考，成考，公务员，留学等方面的资源网址。 解考试紧张的食物牛奶 钙是天然的神经系统稳定剂。研究证明，人在受到某种压力时，通过小便排出体外的钙会增加。因此，考生要注意选择含钙高的牛奶、酸奶等食物，可稳定情绪。 香蕉 含有一种特殊物质，能帮助人脑产生5-羟色胺，促使人的心情变得安定、舒畅。香蕉中富含的钾能使神经肌肉兴奋性维持常态，使血压处于正常状态。香蕉中含有的镁具有消除疲劳、缓解紧张的功效。 柑橘 多吃富含维生素C的食物也具有平衡心理压力的效果。维生素C的主要来源为新鲜的蔬菜和水果，其中柑橘类水果及番茄是维生素C的最佳来源。 小米粥 富含人体所需的氨基酸及其他优质蛋白质、各种矿物质、胡萝卜素等。常喝小米粥可调节人体内分泌，松弛神经。 红茶 有降低机体应激激素分泌水平的功效，每天饮用红茶，有利于舒缓神经。 编辑本段常见的考试1.升学考试：中国选拔优秀人才，向来以考试为准，在升学过程中考试就是必不可少的一部分。常见的升学考试有小升初、中考、高考等，其中高考也是最重要的考试之一。 2.职位/资格考试：同样在选拔优秀员工或工作人员上，也有很多非常重要的考试。常见的有公务员考试、招警考试等等。 3.语言考试：改革开放，中国的留学和移民现象也越来越热，其中也出现一些相应的考试，留学和技术移民必须通过一定的语言测试，如去英美国家必考的雅思等等 编辑本段科举考试历史概述中国古代的科举考试 科举考试是隋唐到清代的