技術(shù)分享 | CAE仿真技術(shù)在流化床鍋爐設(shè)計中的應(yīng)用簡介

2018-01-02 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

流化床燃燒具有傳熱傳質(zhì)條件好,燃料適應(yīng)范圍廣,氮氧化物排放量低,爐內(nèi)脫硫效率高等優(yōu)點,是清潔燃燒方式之一。流化床鍋爐的設(shè)計涉及到復(fù)雜的多相流動,以及傳熱與傳質(zhì)問題。隨著現(xiàn)代CAE仿真技術(shù)的日趨成熟,企業(yè)完全可以將這種先進的研發(fā)手段與試驗和經(jīng)驗相結(jié)合,指導(dǎo)工程設(shè)計和優(yōu)化,彌補和克服傳統(tǒng)方法的缺陷,減少物理模型試驗、節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)成本,縮短開發(fā)周期,大幅度提高企業(yè)的市場競爭力。下文是CAE仿真技術(shù)在解決流化床鍋爐研發(fā)過程中部分常見工程問題的簡要介紹:

流化床鍋爐內(nèi)部流化特性研究

床層膨脹高度、流化狀態(tài)
壓降特征
煤與床料粒子的混合
粒子濃度分布,粒子速度
埋管及其他受熱面的磨損問題

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上面云圖顯示了沸騰流化床中的氣體速度對固體循環(huán)速率的影響。

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上圖是利用FluentDEM分析流化床鍋爐底部形狀為V型時,內(nèi)部顆粒群的流動情況。CFD仿真結(jié)果直觀地反映了流化床底部形狀對寬篩分粒子分層流化現(xiàn)象的影響。

關(guān)鍵部件設(shè)計問題

風(fēng)箱,爐底進風(fēng)布置及埋管等內(nèi)部構(gòu)件設(shè)計與分析
布風(fēng)板開孔率及風(fēng)帽結(jié)構(gòu)布置設(shè)計與分析
回料閥的設(shè)計與分析
旋風(fēng)分離器設(shè)計與分析

上圖顯示了固體流動形式和氣體流線在不同瞬間的截圖、固體體積比例分布,流場壓力分布,以及固體和氣體的速度矢量。由于內(nèi)部擋板的存在,形成了非常強烈的局部氣體循環(huán)。利用ANSYS CFD 歐拉多相流模型分析,能為流化床鍋爐內(nèi)部構(gòu)件設(shè)計分析提供指導(dǎo)性幫助。

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上圖利用ANSYS CFD軟件研究50MW容量的CFB鍋爐的三維流體力學(xué)特性,模擬得到了垂直方向和水平方向上幾個截面上的固體體積分率分布。圖(a)反映了在燃燒室和回料器中都存在底部高密度和頂部稀釋的現(xiàn)象,圖(b)顯示了固體顆粒體積分率的分布,這些仿真結(jié)果可以在流化床鍋爐設(shè)計方案選型中提供實質(zhì)性依據(jù)。

相關(guān)CAE軟件模塊:

幾何與網(wǎng)格處理工具:ANSYS DesignModeler、ANSYS SCDM、ICEM CFD

流體仿真分析:ANSYS Fluent、CFX

結(jié)構(gòu)仿真分析:ANSYS Mechanical

并行計算分析:ANSYS HPC

優(yōu)化設(shè)計分析:ANSYS optiSlang

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