CFD在动力工程中的应用

1、CFD在动力工程中的应用,河南省电力公司电力科学研究院（能源二所） 2013年6月,1,2,3,4,5,什么是CFD？,为什么需要CFD？,CFD的应用领域及已开展的工作,CFD软件的作用与分类,ANSYS FLUENT简要介绍,举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）,6,目录,什么是CFD？,1、 计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)。,2、20 世纪60 年代起伴随计算机技术迅速崛起的学科。 经过半个世纪的迅猛发展， 这门学科目前己相当成熟。,3、成熟的一个重要标志就是近十几年来， 各种 CFD 通用性软件包陆续出现，成为商业化

2、软件，为工业界广泛接受，性能日趋完善，应用范围不断扩 大。,4、至今，CFD 技术的应用早已超越传统的流体力学和流体工程的范畴， 从航空、航天、船舶、热能、动力、水利等领域扩展到化工、核能、冶金、建筑、环境等许多相关领域,为什么需要CFD？,1、减少样机测试数量-计算机模拟允许多个设计构想快速有效地进行测试,2、模拟不适合于进行样机测试的设计-例如: 外科手术移植, 如人造膝盖,3、基本着眼点：（1）节约成本 （2）节省时间，缩短产品推向市场的周期 （3）创造更可靠,更高质量的设计,CFD的应用领域,1、在航空航天、土木水利、地下渗流、机械动力、能源环保、海洋、石油、 化工、空调、交通、电子、

3、生物、气象甚至消费品等几乎所有领域都发挥着 越来越重要的作用。,2、航天工业开辟了使用CFD优化外流空气动力学的先河。FLUENT软件在 航空工程的设计领域有着极为广泛的应用（应用最成熟、最广的领域）,防止结冰,制动系统,燃烧室,电子冷却,外流空气动力,火焰探测,火焰抑制,燃料系统,燃料箱晃动,入口和喷管,发射系统,羽流分析,防止结推进器冰,旋翼,燃料混合灌入,等等,CFD的应用领域,飞机设计,潜艇推进系统,绕船流动,电子元器件散热,涡轮机叶片,汽车尾气扩散,CFD的应用领域,桥梁抗风,塔吊,发动机缸盖冷却热耦合模拟,发动机喷燃室喷射特性,桥梁结构,已开展的工作,锅炉燃烧,O2,NO,温度场,

4、河南某300MW “W”火焰炉,已开展的工作,锅炉结焦,温度场,氧量场,速度场,燃烧器中心区域,温度场,氧量场,侧墙区域,已开展的工作,磨煤机分离器改造,出粉效率及经济性,已开展的工作,煤粉浓缩器,燃烧器内煤粉颗粒运动轨迹,燃烧器内速度场,已开展的工作,可调煤粉均分器研发,CFD的作用,1、冷态试验（空气动力场、测点布置的选择及影响）,2、锅炉燃烧调整,3、炉膛结焦及受热面改造,4、燃烧器及低氮改造,5、SCR、SNCR及污染物排放预测及催化剂磨损,6、磨煤机及分离器（出粉效率及经济性等）,7、风机、除尘、流化床,8、煤粉均分器等产品研发,CFD软件的分类,1、在动力工程领域常用的CFD软件有

5、FLEUNT、CFX两种，还有一些如 Phoenix和Star-CD都是这样的软件,2、 FLUENT、CFX目前均被ANSYS公司收购，下面介绍ANSYS FLUENT 的工作流程,ANSYS FLUENT简要介绍,建立模型,Fluent求解,划分网格,是否收敛,举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）,问题分析,3#A侧,3#B侧,模型,速度入口：5m/s 10kg/s,举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）,简化模型,举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）,网格划分,网格：12万 质量：0.204,举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟

6、）,设置求解模型及计算,结果收敛,举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）,计算结果,原始结构下速度场,举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）,计算结果,1.催化剂的磨损与流速的三次方成正比、与颗粒的浓度成正比，与颗粒的直径三次方成正比,2.流速均匀的情况下，磨损主要与入口浓度及颗粒度分布有关,3.惯性富集、上升段高速携带，不易扩散,4.阻止颗粒贴壁富集，进行大量的模拟工况，最终采取两种措施（1）上升段加装导流挡板（2）第一导流板处去掉两块导流板,原始结构下颗粒场,举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）,改造尺寸,举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）,计算结果,改造后速度场,