方圆过渡入口烟道流场优化及阻力特性的数值研究

300MW燃煤发电机组烟道流场特性数值模拟及结构优化发布时间：2022-03-23T02:21:13.920Z 来源：《中国电业》2021年25期作者：蒋健麟，陈欣，屈园林[导读] 为探究除尘器出口至引风机入口的烟道的流场分布情况，以某300MW等级燃煤发电机组为例，使用数值模拟的方法对该部分烟道的阻力进行了计算。

蒋健麟，陈欣，屈园林中国电建集团透平科技有限公司，四川成都 610045摘要：为探究除尘器出口至引风机入口的烟道的流场分布情况，以某300MW等级燃煤发电机组为例，使用数值模拟的方法对该部分烟道的阻力进行了计算。

通过计算结果分析流场特性，明确了气流对冲以及相互挤压产生的通流截面减小是造成烟道阻力较大的主要原因，并进行烟道的结构优化，优化后的烟道阻力得到显著降低。

本文的研究有助于火电机组的烟风道优化工程实践的应用。

关键词: 发电机组；烟风系统；流场特性；数值模拟；结构优化0 引言在国家节能降耗政策的引导和指引下，降低厂用电率，可以有效降低发电成本，从而提高发电企业上网电价的竞争力。

有数据显示，300MW机组中引、送、一次三大风机的厂用电率常规占比为1.5%，部分机组超过2.5%，作为烟气排出的引风机在厂用电率中的占比颇大[1]。

提高烟风煤粉管道的设计水平、提高风机实际运行效率，减少煤耗对当前电厂优化运行和节能减排具有非常重要的意义。

本文对某300MW机组的除尘器出口至引风机入口段烟道进行模拟计算[2-4]和结构优化，优化后的烟道阻力显著下降。

1 研究对象概述某300MW机组锅炉采用平衡通风，并配置有两室的电除尘器，除尘器至引风机部分的烟风道俯视图如图1所示。

图1 烟风道俯视图图2 三维模型带边着色图电除尘的4个烟道出口后，气流沿两两汇合后分别进入两个引风机，为了平衡两侧可能存在的压差设置了联通烟道。

按现场情况，使用三维软件Pro/E，按照1:1的尺寸比例建立的模型如图2所示。

2 模拟结果和分析模型使用速度进口压力出口边界，理想气体，流速按机组满负荷常规烟气量250m3/s考虑，4个进口流量均分，烟气温度373K。

除尘器前烟道数值模拟和优化设计于洋;陈炼非;丛东升;孙丰;胡南;吴玉新【摘要】烟气通过除尘器前烟道从锅炉离开进入除尘器.对于大型火电机组,锅炉烟气出口通常为两个,而除尘器入口为4个,如何合理地设计除尘器前烟道结构,保证烟气分配的均匀性,并尽量减少烟气流动阻力,是烟道设计的核心问题.通过数值模拟,分析了目前应用较广的y形除尘器前烟道内烟气流动特性,并提出优化改进措施.研究发现,y形烟道分流位置的结构对流动分配影响较大,Z形组合弯头的阻力较高.适当增加导流措施,可有效提高烟气进入除尘器分配的均匀性,并减少流动阻力.【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(019)002【总页数】4页(P39-42)【关键词】烟道;数值模拟;优化设计;火力发电【作者】于洋;陈炼非;丛东升;孙丰;胡南;吴玉新【作者单位】中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司 ,长春130021;中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司 ,长春130021;中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司 ,长春130021;中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司 ,长春130021;中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司 ,长春130021;长春工程学院能源与动力工程学院 ,长春130012;吉林省建筑能源供应及室内环境控制工程研究中心 ,长春130012;清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室 ,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TM6210 引言对于火力发电机组，烟气离开锅炉后，经过除尘器、引风机、脱硫装置以及烟囱等设备后排入大气，烟道是连接各个设备的烟气通道，除尘器前烟道是指锅炉出口与除尘器入口之间的烟道。

大型火电机组的锅炉烟道出口有两个，除尘器入口通常有4个，少数除尘器有6个入口(本文暂不考虑6个入口的情况)。

常规设计是一个锅炉出口连接两个除尘器入口。

由于锅炉出口与除尘器入口标高、位置存在偏差，通常将烟道设计成y形，以减少流动阻力，但是y形烟道由于分流处结构并不对称，会造成流量分配不均匀的问题，因此，一些工程中除尘器厂家并不同意这一布置方案。

方圆过渡入口烟道流场优化及阻力特性的数值研究方圆过渡入口烟道是一种广泛应用于热电厂、钢厂及其他工业场所的结构，作为烟道连接锅炉与大气，是整个排放系统的重要组成部分。

为了提高其传热和排放效率，需要对其流场进行优化，减少流动阻力并提高通风效率。

本研究采用计算流体力学(CFD)方法对方圆过渡入口烟道中的流场进行数值模拟。

首先对方形入口进行数值分析，研究其流场特性并分析阻力特性。

然后将圆形出口与方形入口进行连通，对过渡段进行研究优化，最终得出最优化的方圆过渡入口烟道的设计方案。

在流场分析中，我们采用了标准的k-ε湍流模型。

模拟结果表明，在方形入口处，流速较慢，流场呈现出将流体压缩并加速的状态，出口处则存在较大的涡旋和扰动，导致流动阻力较大。

通过多次计算和仿真实验，我们逐步调整模型参数和几何形状，最终得到最优化的方圆过渡入口烟道的设计方案。

该设计方案对于最大化烟道内部的流动速率和流量，减少能量损失和排放成本都有着十分显著的效果。

本研究的实验结果表明，方圆过渡入口烟道流场的优化设计可以显著提高其通风效率、降低流动阻力、减少能量损失和排放成本，对于节约能源和保护环境都具有重要意义。

但是在实际工程中，由于设计参数的复杂性和现场条件的变化，还需要进一步的研究和优化，才能达到更好的效果。

数据分析是研究方圆过渡入口烟道流场优化及阻力特性的关键环节。

通过对实验数据的收集、整理和分析，可以深入了解烟道内部的流动特性和阻力特性，为优化方案的确定和实施提供重要依据。

首先，我们需要对实验数据进行分类整理。

主要包括流场特性参数、阻力特性参数和优化方案参数。

流场特性参数主要包括烟道内部的速度、压力、温度等；阻力特性参数主要包括摩擦阻力、惯性阻力和总阻力等；优化方案参数主要包括烟道的几何形状、流场特性及其改善效果等。

然后，我们可以对数据进行分组统计和绘图分析。

以烟道内部速度为例，可以通过绘制速度分布图、速度曲线等，来分析烟道内部的流场特性。

学术论坛459 阀门流道流场的数值模拟及阻力特性研究蔡幼青，牧剑春，蔡 明（浙江锋源仪表有限公司，浙江 富阳 311400）摘要：在本研究中使用孔隙率进行流场空间定义，同时采用k-ε二维紊流模式以及有限体积法针对阀门阀道流场开展模拟分析，通过优化阀门阀道体型，以找到合适的阻力系数以及过水断面合理的阀道体型，以期希望能给相关工作人员提供帮助。

关键词：阀门流道；流场；数值模拟；阻力特性在管道工程施工过程中，阀门是重要元部件，目前被广泛用于日常生活和工农业生产中，由于阀门流道结构相对复杂，当流体通过阀道时会存在死水区，水锤，空化等现象，这些就会从一定程度上影响管道的运行，并且使管道局部水头损失的重要原因。

当前国内针对泵的流动特性以及风机特性进行研究并获得一定成果，而对于各类型的阀门，比如旋塞式阀门流道流动特性相关研究较少，在设计中仍采用传统设计方法，只注重结构形态而没有分析流阻损失，进一步导致较大能耗。

在实际管道工程施工中，由于阀门阀道局部水头损失比例较大，因此本研究主要针对WCB 型阀门流道的流场进行特性分析。

1 控制方法及解法整体上来看，阀门阀道的水流流动特性是三维型的，由于流态复杂并且内部轮廓线也相对复杂，为简化计算，需要对阀道对称面二维下的阀道流场进行分析，在处于恒定流条件下，可使用二维直角坐标进行方程求解。

如下公式所示。

φφφφρφρRS YR Y X R X RU Y RU X+∂∂Γ∂∂+∂∂Γ∂∂=∂∂+=∂∂)()())()( 在上述公式中，通用变量用φ表示，广义运输技术用Γ表示，源项用S φ表示，孔隙率用R 表示。

在处于流体空间中R 值为1，而在处于固体空间中R 为0。

采用k-ε模式表示紊流模型，针对流体的控制方程：连续性方程，动量方程分别如下所示。

0=∂∂+∂∂YVX U X P Y U vt v Y X U vt v X UV Y UU X ∂∂-∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=∂∂+∂∂ρ])[(])[()()(YP Y Y vt v Y X V vt v X VV Y UV X ∂∂-∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=∂∂+∂∂ρ])[(])[()()( 由于阀门内轮廓线相对复杂，因此可使用CAD 软件绘制时实体阀门，可使用孔隙率来定义流体空间，并将实体嵌入到定义区域中，在固体中孔隙率为零，在含有流体阀道中，孔隙率是1，可使用孔隙率进行的对空间的定义，该方法相对简单，可用于垂直、水平直线边壁。

管道内壁粗糙度对沿程阻力影响的FLUENT 数值模拟分析姚雪蕾;袁成清;付宜风;白秀琴【摘要】针对在海底管道的设计阶段准确获取沿程阻力的问题，采用FLUENT软件运用数值模拟的方法，分析粘性流体在管道中的摩阻损失与管道内壁粗糙度的关系，将计算结果与理论结果进行对比。

结果显示，除流态从水力光滑区到混合摩擦区间有一个过渡阶段存在误差外，其余都吻合良好，证实输油管道的内壁粗糙度只在混合摩擦区对摩阻有较大影响，改善管壁面粗糙度可以减小阻力。

若流态处于水力光滑区到混合摩擦区之间，计算摩阻系数仅靠经验公式是不合适的，应考虑采用数值模拟计算的方法。

%Aiming at the problem of obtaining accurately the on-way resistance of submarine pipeline at the design stage, numerical simulation method is adopted to analyze the relationship between loss of viscous fluid friction and wall roughness of the pipeline based on paring the calculated results with theoretical results and the actual situations, the results show there is a good agreement, except for the flow pattern transiting from the hydraulic smooth region to the mixed friction region.It is confirmed that the friction coefficient is strongly influenced by pipeline wall roughness only in the turbulent mixing friction re-gion.In this case, reducing the surface roughness of the wall can cut down the resistance.If the flow pattern transits from the hy-draulic smooth region to the mixed friction region, it is inappropriate to calculate friction coefficient only by the empirical formu-las, and numerical simulation is the method that should be considered.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P101-106,110)【关键词】输油管道;粗糙度;沿程阻力;FLUENT;数值模拟【作者】姚雪蕾;袁成清;付宜风;白秀琴【作者单位】武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉430063【正文语种】中文【中图分类】TE832;P756.2随着计算流体动力学的发展，利用FLUENT分析粘性流体在管道中的阻力特性已经得到了很多实用性的成果，如针对粗糙的管壁[1-4]或者是产生局部阻力损失的典型阀件(突扩管、三通管、弯管等)[5-6]，通过数值模拟的方法可以模拟出常规实验无法得到的不同流场的各种信息。