能源电力

发布时间:2017-08-31 17:28来源:admin 0 点击收藏

煤炭火电

在火电厂的设计与运行过程中,对相关环节进行数值模拟,是增进对设备的了解、优化设计方案的重要手段,例如除尘器的结构影响流场分布,从而影响除尘效率,CFD分析可以提供合适的结构方案。

 

旋风分离器内的流场分布与结构对分离效果的影响

 

旋风分离器是利用离心力分离气流中固体颗粒或液滴的设备。其工作原理为靠气流切向引入造成的旋转运动,使具有较惯性离心力的固体颗粒或液体甩向外壁面分开。是工业上应用很广的一种分离器。在过去的几十年里,科学家在其结构、领域、分离粒子上不断改进旋风分离器,使其在不同领域都能更好地被应用,并在分离不同直径的颗粒上有着很大的进步,且分离效果越来越好。本文我们借鉴国内外对旋风分离器的研究,利用FLUENT软件对其内部流场进行了分析,得到如下结论:

分离器内气体流不对称。当入口速度改变时,流场变化不明显。

粒子直径越大,其惯性力越大越容易保持其原有的运动轨迹,越容易被排出。

入口速度必须保持在一定范围,不然会影响颗粒的分离效果。

 

气流分布优化对锅炉性能的影响

 

通过管道或设备可以调整气体的流量分配,从而提高电厂的效率,消除持久性的维护成本。通过CFD工具可以对该问题进行分析。

气体流过燃气轮机的消音器、分流器等,可能会导致物理振动和热应力问题,通过CFD模拟,可帮助设计均匀稳态流系统,并提供尽量减少问题的办法。

气流经过除尘器板时是否均匀分布,影响了静电除尘器的效率。流量分布不均匀,会导致较高的压力损失和低的粉尘捕捉效率。对CFD结果进行分析,通过流线的分布,可以获得改善流动分配和设备性能的方法。

 

锅炉燃烧的数值模拟

 

对锅炉内的燃烧过程进行数值模拟,可以获得煤粉在锅炉内的运动轨迹、温度场分布、燃烧反应程度等信息,对于优化锅炉设计、改进配煤方式有重要指导意义。

如图为生物质锅炉燃烧过程的数值模拟,左图为一次进风的流线,根据该结果可以了解燃料在锅炉内的填充状态,从而帮助改进进料;右图为二次燃烧区不同截面上的CO浓度分布,可帮助分析和优化烟气与二次进风的混合以及二次燃烧区的利用。

 

SCR烟气脱硝技术

 

SCR(选择性催化还原)脱硝技术是在催化剂的作用下,还原剂与烟气中的NOx反应生成无害的氮气和水,从而脱出烟气中的NOx。

采用CFD软件,可以对烟气脱硝设备中的反应过程进行数值模拟,获得设备内的流场、温度场、压力场以及脱硝效率等。改变设备的结构进行分析,可以获得优化的脱硝设备。

 

循环流化床流体特性研究

 

D200 mm×2 560 mm自制循环流化床上利用生石灰进行了流体特性研究.实验结果表明:固体颗粒循环速率和表观气速是影响压力分布的两个重要因素.降低气速、提高颗粒循环速率,可以提高床内颗粒浓度,增加颗粒停留时间.最后经无因次分析和实验数据拟合,分别得到了循环流化床压降和颗粒浓度沿床轴向分布经验关联式

 

循环流化床上升段流体动力特性数值模拟

 

针对循环流化床上升管内气固两相流动,建立了Eulerian双流体模型,将离散的固体颗粒 相看作是连续介质,建立颗粒相和气相的质量守恒、动量守恒及k-ε输运方程等模型,用Fluent软件作计算工具,对流化床上升段内的颗粒速度分布、颗粒 浓度分布和床内压力分布等进行了二维数值模拟.计算结果表明:上升段存在固体颗粒浓度中心区域低、近壁面高的环核结构,固体颗粒在横截面上存在由核心区向 环形区的内循环运动,在相同气流速度下,沿床高压降随循环物料的增加而变大.数值模拟的结果与 Prssinen的实验结果吻合良好,表明所建模型正确,数值计算结果可以有效地应用于预测实际装置性能和指导循环流化床的设计和运行.

 

天然气泄露

 

天然气在管道运输的过程中,长周期运行及管道腐蚀等原因会造成天然气泄漏,使得天然气在高压下易燃易爆。采用CFD数值模拟方法,模拟天然气管道,获得丰富的流动及浓度场等特性的分布信息,为天然气泄漏的预防和控制提供理论依据。

 

三相分离器

 

油井采出物通常是含有油、气、水和一些杂质的混合物,尤其是油井开采的中后期,含水量急剧,多离器完成初步分离,再精密分离.因此三相分离器作为石油生产平台的重要的工艺设备,其运行性能直接影响到外输原油和气体的质量.为了满足外输原油的要求,就要对三相分离器的结构、尺寸及内部构件进行合理的设计.由于缺乏一个可靠的数学模型,往往采用保守设计,导致分离器的尺寸很大。而CFD方法克服了理论分析方法和实验测量方法中的缺陷,完善了流体流动体系,由计算机的计算代替具体的物理实验,精确的数值模拟可以形象的再现流动情景。

 

油气田开发地面工程

 

CFD软件在处理流体传质、传热方面的优越性,使得其管道工程的设计阶段、运行阶段和安全管理方面都发挥日益重要的作用。

在管道局部摩阻损失的研究中,传统的方法是在实验室通过各种仪器设备测定各种局部摩阻的相关数据,仪器的精密程度和实验操作人员的素质对模拟结果会产生很大影响,与工程实际数据存在一定的误差,利用CFD软件对管中的流动进行数值模拟,可以在一定程度上对测定的实验数据进行验证和修订。

 

油气田设备

 

随着油田生产开发的深入,天然气中含水率上升速度逐年加快,气水分离及其处理的问题也就越来越突出和重要,井下旋流分离器因为能同时实现采气、井下气液分离和产出水回注的多个功能,并且具有结构简单、体积小、效率高的特点,因此具有很高的经济效益。基于CFD软件成熟的多相流模型,对分离器内流体的运动状态、流场分布进行模拟仿真,可以得到分离器的结构参数与分离效率之间的关系,以及运行工况下的最佳操作参数,对于提高分离器性能和降低采气成本具有非常重要的使用价值。

 

海洋深水钻井是深水油气资源开发中的关键环节之一。深水环境及海底地质条件恶劣、井筒复杂情况多、地层安全密度窗口窄,给深水钻井带来越来越多的挑战。在深水钻井过程中,井筒内是气、液、固等多组分多相流动,本文以流体力学理论为基础,对深水钻探过程中井筒内天然气水合物的生成、分解及含酸性气体相态变化的井筒多相流动规律进行了探讨。计算结果表明:随着水深的增加环空内的温度整体上会有所减小,天然气水合物的生成区域也逐渐增加;由于水合物的相变,降低了环空气体体积分数及泥浆池增量,使深水气侵具有"隐蔽性";盐类抑制剂的效果NaCl要优于KCl、CaCl2,醇类抑制剂,乙二醇优于甲醇。当发生高含H2S、CO2等酸性气体气侵时,酸性气体在井底处于会超临界状态,其密度相对较高,本文算例中,约为普通烃类气体的4倍;在井深3000m处H2S及CO2的溶解度约为CH4溶解度的162倍和11倍;在侵入气体质量相同的条件下,井底附近高含酸性气体的天然气气体体积分数会相对较低,使得气侵具有隐蔽性;当侵入气体上升至井筒上部时,由于温度、压力的降低H2S发生相变,气体瞬间急剧膨胀,使气侵具有突发性;井口回压提升至6MPa即可很好的抑制酸性气体的膨胀。

 

方截面鼓泡床气液两相瞬态数值研究

 

在双流体模型中引入界面浓度输运方程,利用界面浓度和气泡平均 Sauter直径模化各相间作用力.引入一附加湍动能输运方程模化气泡诱导引起的液相湍流.利用该模型对方截面鼓泡床内气液两相流进行三维瞬态数值模拟。计算结果表明该模型能较好得模拟方截面鼓泡床内气液两相流时均和瞬态流动特征。

 

空气重介质流化床

 

空气重介质流化床分选技术是一种适用于煤炭干法分选的高效分离工艺,为全球干旱缺水地区选煤技术的发展和应用提供了一条全新的路径和模式。在空气重介质分选基础理论的研究中发现,分选所采用的浓相气固流化床是一种非常复杂的气固多相流体系,因此有必要分别从宏观和微观层面对流化床内的多相流体动力学行为进行深入研究。

 

离心泵空化流动分析

 

采用R-P空化模型结合两相流混合模型对一离心泵内部三维湍流空化流场进行数值模拟。根据空化流动计算结果,获得不同流量下的空化余量—扬程曲线,并有效预测空化发生的部位和空泡在叶轮流道内发展的过程。小流量工况下,叶片各流道的空泡在一个旋转周期内具有明显的变化规律:膨胀—收缩—脱落,空泡尾部漩涡强度的变化则是引起泡膨胀和收缩的原因之一。对比分析了典型空化数下叶片表面的压力分布,进而指出空泡形状的变化是导致叶片工作面头部8﹪弦长部位及背面10﹪到65﹪区域压力波动较大的主要因素。

 

火力发电厂锅炉

 

国内某电厂锅炉原设计燃用无烟煤.因煤质变化改烧高挥发份烟煤、锅炉的原燃烧器采用适用于无烟煤及劣质煤的结构形式.为具有较大浓淡比的水平浓淡燃烧器。由于烟煤的着火、燃尽时间等都比原无烟煤提前.燃烧器改造设计应解决其可能带来的喷嘴烧坏、燃烧器区域炉墙结焦等问题.

使用三维气固两相流动模型.在改变配风速度时.对两种不同的配风速度在燃烧器内流动过程开展优化数值模拟,得到燃烧器内的两侧出风口速度、煤粉质量流量和阻力等结果.为燃烧器的开发和应用提供必要的理论依据

 

炼油厂分馏塔

 

利用CFD数值模拟软件,结合实际操作对旋转带蒸馏中流场情况进行了基本

假设,简化计算流域建立数学模型。在恒温恒压条件下,对气液两相进行纯流体

力学模拟。在旋转坐标系下,模拟计算出不同转速、进料速度和气速下,气液两相界面的流动情况。同时对液相单相流浓度场进行了数值模拟。利用欧拉多相流模型重点考察气液两相各自的速度场,根据流场情况对旋转带的结构进行了优化改进。

 

冷凝器

 

蒸发冷凝换热理论结合而开发出来的,是一种高效节能节水冷却设备,主要利用水的蒸发潜热带走工艺流体热量,完成对工艺流体的冷凝冷却过程。

通过CFD软件对板式蒸发器中气液两相逆流、并流操作进行模拟,直观地表征了板束中淋喷水流量、风速以及风向对水膜流动的影响,

 

 

 

 

 

 


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1 方截面鼓泡床气液两相瞬态数值研究_顾汉洋 下载地址
2 海洋深水钻井井筒多相流动规律_孙宝江 下载地址
3 循环流化床流体特性研究_朱廷钰 下载地址
4 循环流化床上升段流体动力特性数值模拟_向文国 下载地址
5 Code_Saturne涡轮机模块对流体中旋转圆柱体的二维分析 下载地址
标签:能源电力
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