CFD在動(dòng)力工程中的應(yīng)用

1、CFD在動(dòng)力工程中的應(yīng)用,河南省電力公司電力科學(xué)研究院（能源二所） 2013年6月,1,2,3,4,5,什么是CFD？,為什么需要CFD？,CFD的應(yīng)用領(lǐng)域及已開展的工作,CFD軟件的作用與分類,ANSYS FLUENT簡(jiǎn)要介紹,舉例（河南某660MW鍋爐SCR催化劑磨損數(shù)值模擬）,6,目錄,什么是CFD？,1、 計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，簡(jiǎn)稱CFD)。,2、20 世紀(jì)60 年代起伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速崛起的學(xué)科。 經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的迅猛發(fā)展， 這門學(xué)科目前己相當(dāng)成熟。,3、成熟的一個(gè)重要標(biāo)志就是近十幾年來， 各種 CFD 通用性軟件包陸續(xù)出現(xiàn)，成為商業(yè)化

2、軟件，為工業(yè)界廣泛接受，性能日趨完善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò) 大。,4、至今，CFD 技術(shù)的應(yīng)用早已超越傳統(tǒng)的流體力學(xué)和流體工程的范疇， 從航空、航天、船舶、熱能、動(dòng)力、水利等領(lǐng)域擴(kuò)展到化工、核能、冶金、建筑、環(huán)境等許多相關(guān)領(lǐng)域,為什么需要CFD？,1、減少樣機(jī)測(cè)試數(shù)量-計(jì)算機(jī)模擬允許多個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)想快速有效地進(jìn)行測(cè)試,2、模擬不適合于進(jìn)行樣機(jī)測(cè)試的設(shè)計(jì)-例如: 外科手術(shù)移植, 如人造膝蓋,3、基本著眼點(diǎn)：（1）節(jié)約成本 （2）節(jié)省時(shí)間，縮短產(chǎn)品推向市場(chǎng)的周期 （3）創(chuàng)造更可靠,更高質(zhì)量的設(shè)計(jì),CFD的應(yīng)用領(lǐng)域,1、在航空航天、土木水利、地下滲流、機(jī)械動(dòng)力、能源環(huán)保、海洋、石油、 化工、空調(diào)、交通、電子、

3、生物、氣象甚至消費(fèi)品等幾乎所有領(lǐng)域都發(fā)揮著 越來越重要的作用。,2、航天工業(yè)開辟了使用CFD優(yōu)化外流空氣動(dòng)力學(xué)的先河。FLUENT軟件在 航空工程的設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用（應(yīng)用最成熟、最廣的領(lǐng)域）,防止結(jié)冰,制動(dòng)系統(tǒng),燃燒室,電子冷卻,外流空氣動(dòng)力,火焰探測(cè),火焰抑制,燃料系統(tǒng),燃料箱晃動(dòng),入口和噴管,發(fā)射系統(tǒng),羽流分析,防止結(jié)推進(jìn)器冰,旋翼,燃料混合灌入,等等,CFD的應(yīng)用領(lǐng)域,飛機(jī)設(shè)計(jì),潛艇推進(jìn)系統(tǒng),繞船流動(dòng),電子元器件散熱,渦輪機(jī)葉片,汽車尾氣擴(kuò)散,CFD的應(yīng)用領(lǐng)域,橋梁抗風(fēng),塔吊,發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋冷卻熱耦合模擬,發(fā)動(dòng)機(jī)噴燃室噴射特性,橋梁結(jié)構(gòu),已開展的工作,鍋爐燃燒,O2,NO,溫度場(chǎng),

4、河南某300MW “W”火焰爐,已開展的工作,鍋爐結(jié)焦,溫度場(chǎng),氧量場(chǎng),速度場(chǎng),燃燒器中心區(qū)域,溫度場(chǎng),氧量場(chǎng),側(cè)墻區(qū)域,已開展的工作,磨煤機(jī)分離器改造,出粉效率及經(jīng)濟(jì)性,已開展的工作,煤粉濃縮器,燃燒器內(nèi)煤粉顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡,燃燒器內(nèi)速度場(chǎng),已開展的工作,可調(diào)煤粉均分器研發(fā),CFD的作用,1、冷態(tài)試驗(yàn)（空氣動(dòng)力場(chǎng)、測(cè)點(diǎn)布置的選擇及影響）,2、鍋爐燃燒調(diào)整,3、爐膛結(jié)焦及受熱面改造,4、燃燒器及低氮改造,5、SCR、SNCR及污染物排放預(yù)測(cè)及催化劑磨損,6、磨煤機(jī)及分離器（出粉效率及經(jīng)濟(jì)性等）,7、風(fēng)機(jī)、除塵、流化床,8、煤粉均分器等產(chǎn)品研發(fā),CFD軟件的分類,1、在動(dòng)力工程領(lǐng)域常用的CFD軟件有

5、FLEUNT、CFX兩種，還有一些如 Phoenix和Star-CD都是這樣的軟件,2、 FLUENT、CFX目前均被ANSYS公司收購(gòu)，下面介紹ANSYS FLUENT 的工作流程,ANSYS FLUENT簡(jiǎn)要介紹,建立模型,Fluent求解,劃分網(wǎng)格,是否收斂,舉例（河南某660MW鍋爐SCR催化劑磨損數(shù)值模擬）,問題分析,3#A側(cè),3#B側(cè),模型,速度入口：5m/s 10kg/s,舉例（河南某660MW鍋爐SCR催化劑磨損數(shù)值模擬）,簡(jiǎn)化模型,舉例（河南某660MW鍋爐SCR催化劑磨損數(shù)值模擬）,網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格：12萬 質(zhì)量：0.204,舉例（河南某660MW鍋爐SCR催化劑磨損數(shù)值模擬

6、）,設(shè)置求解模型及計(jì)算,結(jié)果收斂,舉例（河南某660MW鍋爐SCR催化劑磨損數(shù)值模擬）,計(jì)算結(jié)果,原始結(jié)構(gòu)下速度場(chǎng),舉例（河南某660MW鍋爐SCR催化劑磨損數(shù)值模擬）,計(jì)算結(jié)果,1.催化劑的磨損與流速的三次方成正比、與顆粒的濃度成正比，與顆粒的直徑三次方成正比,2.流速均勻的情況下，磨損主要與入口濃度及顆粒度分布有關(guān),3.慣性富集、上升段高速攜帶，不易擴(kuò)散,4.阻止顆粒貼壁富集，進(jìn)行大量的模擬工況，最終采取兩種措施（1）上升段加裝導(dǎo)流擋板（2）第一導(dǎo)流板處去掉兩塊導(dǎo)流板,原始結(jié)構(gòu)下顆粒場(chǎng),舉例（河南某660MW鍋爐SCR催化劑磨損數(shù)值模擬）,改造尺寸,舉例（河南某660MW鍋爐SCR催化劑磨損數(shù)值模擬）,計(jì)算結(jié)果,改造后速度場(chǎng),