带三通锅炉集箱流动的数值模拟

作     者：卫飞飞 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄荣国

授予年度：2010年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：三通锅炉 集箱 数值模拟 区域分解 并行计算 

摘      要：目前大多数国产和引进型大容量火电锅炉的过热器、再热器集箱采用三通方式对蒸汽进行引入、引出。其本意为减小导汽管直径,简化系统布置,减小系统压降,增强并联管组流量分配的均匀性。但实际上,国内近年来电厂运行实践表明,系统压降不是减小而是增大,并联管组流量分配的不均匀也只是从整体转移到了局部,甚至更为严重[1]。从而导致了频繁的局部超温爆管事故。如果能正确的预测三通锅炉集箱系统中的流量分布,就可以更为合理的布置支管从而改善局部超温现象。基于这个目的,本文采用数值模拟结合实验的方法,对一个典型的带三通锅炉集箱系统的流动特性进行了相关的研究。 首先,本文从通用偏微分方程组出发,基于SIMPLEC方法,结合非重叠区域分解法和D-N交替算法,在MPI并行编程环境下自行开发了一个三维分区并行CFD程序。然后,根据锅炉集箱流动系统的试验台模型,生成了分配集箱、汇集集箱及各并联支管的分块结构化网格,实现了集箱流动的分区并行计算,得到了集箱流动的速度场、压力场及各支管的流量分配,并依此分析了集箱系统的基本流动特性,进而判断出易发生超温爆管的部位。然后,在T型带三通的集箱并联管组冷态空气模化实验台上,测定了分配集箱与汇集集箱内的静压分布,并结合并联支管总流量与集箱进口流量平衡关系,获得了并联支管屏的流量分布。最后将数值模拟结果和实验结果进行了对比,证明该方法计算合理可行,可用于集箱系统的优化设计与事故诊断。