基于Fluent软件炉内冷态空气动力场数值模拟研究
基于FLUENT的管壳式换热器流场的数值模拟与分析
基于FLUENT的管壳式换热器流场的数值模拟与分析鲍苏洋（南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009)摘要:通过简化管壳式换热器模型，采用非结构网格划分，选用κ-ε湍流模型，应用CFD 软件FLUENT 对壳程流体流动和传热过程进行了数值模拟，得到了不同折流板间距情况下壳程流体温度场、压力场以及速度场的分布情况。
分析了折流板间距对壳程流体流场分布、换热器传热速率以及压力损失的影响，并得出了进口流速与传热量和压力损失之间的关系。
模拟结果与理论研究结果相符合，对管壳式换热器的设计和改进有一定的参考价值。
关键词:化工机械; 换热器; 数值模拟; 温度场; 速度场; 压力场Numerical Simulation and Analysis of Flow Field in Shell-and-Tube Heat Exchanger Based on FLUENTSuyang BAO( School of Mechanical and Power Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，China)Abstract: By simplified the model of shell-and-tube heat exchangers，adopted the unstructured mesh，chose the κ-εturbulence model to gain the static temperature field，velocity field and static pressure field distribution of shell by taking numerical simulation of the shell side turbulent flow and heat transfer process with the CFD software FLUENT at different baffle spacing．Analyzed the effect of baffle spacing on the distribution of shell fluid flow，heat transfer rate and pressure drop，also acquired the relationship between inlet velocity and heat transfer rate，pressure drop．The simulation results consistent with the theoretical results of shell-and-tube heat exchangers，which can be a reference for the design and improvement of shell-and-tube heat exchangers．Key words: chemical machinery; heat exchanger; numerical simulation; temperature field; velocity field; pressure field0 引言换热器是石油化工行业广泛应用的工艺设备，换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足生产工艺的需要，同时也是余热回收利用的有效设备［1］。
炼油行业空冷器防腐蚀的CFD研究进展
炼油行业空冷器防腐蚀的CFD研究进展唐晓旭;于凤昌;高芒来;张宏飞【摘要】The status-quo of air coolers corrosion is introduced, and main causes of corrosion of air coolers are analyzed. The corrosions are mainly the corrosion of low - temperature HC1 - H2 S - H20 corrosion in whichHC1 corrosion dominates and the corrosion by fluid impingement erosion. The research of air coolers corrosion by CFD method is summarized. The numerical simulation provides a new method for corrosion research, which coolers helpful o understand the mechanisms and root causes of the air cooler corrosion. It also provides a reliable theoretical basis for optimization of air coolers design and process corrosion prevention by CFC simulation calculation, determination of dew point location, analysis of air cooler erosion, determination of locations of the air cooler which are subject to corrosion and prediction of corrosion rate of the air cooler tubes. Recommendations of application of CFD in air cooler corrosion protection in petroleum refining industry are presented.%介绍了空冷器的腐蚀现状，分析了空冷器的主要腐蚀原因，即由HCl占主导的低温HCl-H2S—H2O体系腐蚀和流体冲刷腐蚀造成。
基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究共3篇
基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究共3篇基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究1随着环保意识的增强和可再生能源的广泛应用，风力发电成为了备受关注的一种清洁能源。
在风力发电机的设计和研发过程中，对其流场特性的研究至关重要。
FLUENT作为一种基于CFD （计算流体力学）的软件，可以用来模拟风力发电机的流场，对其性能进行评估、优化与改进。
风力发电机是一种将风能转换为电能的设备，其主要结构由叶片、轮毂、塔架、发电机等组成。
在风能的作用下，叶片旋转，带动轮毂旋转，进而带动发电机发电。
因此，叶片的aerodynamic design 对风力发电的效率至关重要。
基于FLUENT的流场仿真可以模拟风力发电机的空气流动情况，包括空气流速、压力分布、湍流情况等。
通过分析仿真结果，可以优化叶片的 aerodynamic design，提高风力发电机的效率和输出能力。
风力发电机在不同的气候条件和地形条件下的效果不同。
通过FLUENT的流场仿真，可以对不同环境条件下的风力发电机进行模拟和测试。
同时，在风力发电机的设计过程中，FLUENT可以用来预测其性能参数，包括功率、转速、风速等。
通过不断调整和优化设计方案，可以取得更好的性能表现。
除了叶片设计和性能预测，FLUENT还可以用来研究风力发电机与周围环境的相互影响。
在实际应用中，风力发电机一般建设在开阔的地区，因此其周围环境可能会对其性能产生影响。
比如在高低起伏的地形中，风力发电机的性能可能因叶片在不同高度处风阻不同而受到影响。
通过FLUENT的流场仿真，可以对不同地形条件下的风力发电机进行模拟，了解其周围环境对其性能的影响，进而制定相应的优化措施。
总之，基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究可以为风力发电的设计和开发提供重要的支持和指导。
通过精确的流场模拟和优化，可以使风力发电机的性能得到最大化的提高，为可再生能源的推广和利用做出贡献基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究是提高风力发电机性能的有效途径。
200MW
用 烟煤 ，采用 四 角切 圆 燃烧 。燃烧 器 在 改造 后 存在一
定问题 ，发 现 ２号 角下 ｌ层燃 烧 器后 墙 和侧墙 附近存 在 严 重 结焦 现 象 ，造 成 水冷 壁 爆 管 ，严 重 影 响锅炉 的
安全 经 济运 行 。 针对 该 炉进 行 了炉 内冷 态 空气 动力场 的等 温模 化 和 数 值模 拟 ，得 到 该 锅 炉 结构 和燃 烧器 布 置方 式下 炉 内空 气 动力 特性 和 结渣 原 因 。
Ｐ ｗｅ Ｓ ￣ｅ ｏ ｒ ｙ ｍ Ｅｎ ｎ ｅ ｉ ｇ ｇｉ ｅ ｒｎ
２ ０ＭＷ 四角 切 向煤 粉 锅 炉 空气 动 力场 冷 态 模 化 和 数 值 模 拟 ０
哈 尔滨工业 大学 王鹏 翔 杨 威 陆慧林
摘 要 ：采用冷态等温模化和数值模拟方法对某电厂２０Ｍｗ 燃烟燃 媛 锅炉炉内空气动力场进行了研究，冷态模化 ０
试 验 结 果 表 明 炉 内空 气 动 力 场 偏 斜 ． 以 ｋ ｆ双 方程 湍 流 模 型 对 炉 内气 ｛ 瀚 渡 流动 进 行 数 值 模 拟 ， 发 现 锅 炉 ２号 角 的 气 流 速 － ｌ 度 在 垂 直 该 侧 炉 墙 方 向 分 量 较 大 ，对 水 冷 壁 产 生 冲 刷 。改造 后 取 得 良好 的 运 行 效 果 。
空调房间流场温度场的fluent模拟报告
空调房间流场温度场的fluent模拟报告1. 引言1.1 概述空调在现代生活中扮演着重要的角色，它可以有效地改善室内环境，并为人们提供舒适的居住和工作条件。
空调房间的流场温度场分布是一个关键因素，对室内温度均匀性、舒适性以及能源消耗等方面都有着重要影响。
因此，对空调房间的流场温度场进行模拟与分析具有重要意义。
1.2 文章结构本文主要围绕着空调房间流场温度场的Fluent模拟展开研究。
文章共分为五个部分：引言、流场温度场模拟方法、模拟结果与分析、参数优化与仿真结果验证以及结论与展望。
每个部分都包含了具体的子章节，以便系统地介绍和阐述相关内容。
1.3 目的本文旨在使用Fluent软件对空调房间的流场温度场进行详细模拟，并通过分析结果和验证方法，评估其在不同工况下的效果。
同时，本文还将探讨如何优化空调参数以实现更好的温度均匀性，并展望存在问题并提出改进方向。
以上是对文章引言部分内容的详细清晰撰写。
2. 流场温度场模拟方法2.1 空调流场模拟概述空调房间的流动和温度场模拟是通过计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）方法实现的。
该方法基于Navier-Stokes方程，并结合大气物理学、传热学和传质学等知识原理，对空气在房间内的流动特性进行数值分析。
通过该模拟方法可以了解空调房间中的气流运动规律以及温度分布情况，进而为空调系统设计和优化提供有效依据。
2.2 Fluent软件介绍Fluent是一种常用的CFD仿真软件，广泛应用于各种工程领域。
它提供了强大的求解器和前后处理器，可实现复杂流体问题的数值模拟和分析。
在本文中，我们采用Fluent软件进行空调房间流场温度场仿真模拟。
2.3 模型建立与边界条件设定在进行流场温度场模拟前，需要建立几何模型并设置边界条件。
首先，根据实际情况绘制出空调房间的几何图形，并导入Fluent软件进行后续处理。
然后需要定义边界条件，包括房间墙壁、入口和出口等。
基于FLUENT的房间内组分的流动特性仿真分析
基于FLUENT的房间内组分的流动特性仿真分析1、设计参数FLUENT已经广泛用于复杂的化工反应工程、流线设计及环境监测等诸多领域，可以用于解决流体的流动特性、相间转换过程、热质耦合传递等复杂问题，可以直接形象地分析在空间和时间域上连续性的物理场，为优化操作条件提供了丰富的理论指导和可靠的依据为了更好地了解内部的传热传质过程，充分研究床层内部的流动特性具有重要意义。
计算流体动力学(CFD)在流体流动和传热传质过程中，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的交叉科学。
ANSYS FLUENT是一种将流体力学，有限元结合的数值求解平台，同时具有图像显示功能。
该平台主要应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值计算和分析研究，以解决各种实际问题。
计算流体力学ANSYS FLUENT与实验法相比有以下几个优点：相对试验过程，可以提供比更加细致、全面的数据；研发费用低，明显缩短产品的研发周期，提高科研工作者工作效率的特点；数值平台仿真分析，可以为试验提供一定的理论参考和指导作用。
本文模拟了房间里的气流和传热，这个房间排风系排烟过程。
几何尺寸，其中长宽高分别为7.8m,4.2m，3.1m，房间壁面厚度为0.2m，壁面材料混凝土（密度2719kg/m3，定压比容1500J/kg.K，热导率200.4W/m.K），具体的布局图。
研究对象:某南方城市的房间模型如下图所示，房间高3.3m，在每个房间上方布置了组分进风口和回风口。
速度为0.6m/s，温度为40.5℃，如图0所示。
2、建立计算模型与划分网格本文主要是分析利用FLUENT进行房间内流动的仿真计算，因此主要分析fluent的过程。
针对网格划分过程简略。
图1 房间内流域模型2.2划分网格图2 数值计算流域的几何模型(1)几何模型的建立通过三维软件建好后，然后保存为step格式，然后导入到ICEM中，如图2所示。
（2）划分流域的面网格单击选中操作工具栏中的网格绘制图标，并在绘制网格mesh界面下单击选中体网格。
CFD在动力工程中的应用ppt课件
3、成熟的一个重要标志就是近十几年来， 各种 CFD 通用性软件包陆续出现， 成为商业化软件，为工业界广泛接受，性能日趋完善，应用范围不断扩 大。
4、至今，CFD 技术的应用早已超越传统的流体力学和流体工程的范畴， 从航空、航天、船舶、热能、动力、水利等领域扩展到化工、核能、冶金、 建筑、环境等许多相关领域
潜艇推进系统
绕船流动
电子元器件散热
涡轮机叶片
汽车尾气扩散
CFD的应用领域
桥梁抗风
塔吊
桥梁结构
发动机缸盖冷却热耦合模拟
发动机喷燃室喷射特性
已开展的工作
锅炉燃烧
河南某300MW “W”火焰炉
温度场
O2
NO
已开展的工作
锅炉结焦
温度场
氧量场
燃烧器中心区域
速度场
温度场
氧量场
侧墙区域
已开展的工作
磨煤机分离器改造
精选版课件ppt
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举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）
改造尺寸
900 560
1100 200
30度
静态混合器
2200
4600
喷氨格栅
3800
举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）
计算结果
改造后速度场
举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）
计算结果
改造后颗粒场
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简化模型
举例（河南某660MW锅炉SCR催化剂磨损数值模拟）
冷态空气动力场试验
1、设备系统概述1.1内蒙古大唐托克托发电有限责任公司一期工程为2×600MW汽轮发电机组，其中锅炉岛为哈尔滨锅炉厂引进美国ABB-CE技术设计制造HG-2008/17.4-YM5型亚临界、一次中间再热、单炉膛、Π型布置、四角切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、强制循环汽包型燃煤锅炉。
1.2本锅炉炉膛截面尺寸为：18542mm（宽）×17448mm（深），采用四角布置的双切圆、摆动式燃烧器，两个切圆直径分别为φ1882和φ1458。
其燃烧器采用水平浓淡煤粉燃烧技术，其原理就是利用煤粉进入燃烧器一次风喷嘴体后经百叶窗的离心分离作用，将煤粉气流分成浓淡两部分，两部分之间用隔板分开，浓相气流着火特性好；另外燃烧器出口处设有带波纹形的稳燃钝体，有助于高温烟气回流区的形成。
这两种结构的结合提高了低负荷稳定运行的能力。
1.3燃烧器采用ABB-CE技术的传统大风箱结构，由隔板将大风箱分隔成若干风室，其中顶部燃尽风室三个，上端部辅助风室一个，煤粉风室六个，油风室四个，中间辅助风室三个，下端部辅助风室一个，共有五种18个风室。
其中顶部燃尽风室喷嘴可作手动12°水平摆动以起到削弱炉膛上部的气流旋转减少炉膛出口烟温偏差的作用，辅助风喷嘴及油配风喷嘴可作±30°上下摆动，6个煤粉一次风喷口可作±27°上下摆动。
为防止通过燃烧器风箱的二次风产生过大的涡流，减少阻力损失，改善由于在燃烧器风箱内气流转向所引起的偏斜，在燃烧器风室内均设置了一块或两块导流板，这些导流板和各个喷嘴内设置的垂直和水平相交的导流板同炉膛的水冷壁大切角结构形成了对切向燃烧器系统一、二次风各股射流的综合控制，以防止进入炉膛的气流偏斜，从而保证炉膛内形成良好的空气动力场。
另外在油燃烧器喷嘴中设置了专门的稳燃叶轮，以在喷嘴处建立和维持一个回流区，从而得到稳定的火焰，回流区里产生的炽热光环给燃油提供了连续的点火热源。
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基于 Fluent软件炉内冷态空气动力场
数值模拟研究
摘要：采用Fluent软件数值模拟某660MW电厂塔式锅炉炉内冷态空气动力场特性，分析了炉内整体流场分布规律、流场切圆分布规律的原因及炉顶受热面速度偏斜产生的原因。
通过数值模拟能够从宏观上掌握锅炉炉内的流场特性，从而为锅炉安全经济运行提供技术支持。
关键词：直流锅炉；热效率；试验内容；试验方法
引言
近几十年来，随着CFD商用软件的引入与计算机的快速发展，采用Fluent 软件进行电站锅炉数值研究已经非常成熟，Fluent软件数值模拟研究实际锅炉特性有周期短、成本低、适用范围广、精度高等特点[1-5]。
煤粉炉切圆燃烧在我国燃煤电厂运用广泛，本文采用Fluent软件模拟新疆某660MW四角切圆燃烧方式的炉内空气动力场特性。
1 设备系统
新疆某（2×660MW）电厂直接空冷火电机组超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，锅炉型号为SG-1997/25.4-M5505，采用单炉膛塔式布置、四角切向燃烧、摆动喷嘴调温、一次再热、紧身封闭布置锅炉。
锅炉的变截面塔式布置，炉膛分上下两部分，下部分燃烧室区域为20.355m×20.355m，在燃尽风上部由前墙向后墙截面渐缩,上部分受热面区域20.355m×16.445m。
燃烧系统主风箱设有6层一次风煤粉喷嘴共24只，每相邻一次风喷嘴之间设有二次风喷嘴共32只，上部布置有两级燃尽风共24只。
2 数值模拟
流体湍流运动具有复杂性和随机性，目前还未能有一种模型能够精确描述各种流动，尽管如此工程上利用κ-ε双方程模型进行模拟计算较为广泛。
因此本文采用标准κ-ε双方程模型，模拟恒联塔式炉内湍流流动，分析炉内流场的分布情况。
以恒塔式炉为对象，利用Gambit软件建立1:1物理模型。
四角切圆布置网格划分复杂，对燃烧区域采用Paving体网格方式划分，其他部分以六面体网格划分，锅炉几何模型网格划分为43万。
燃烧器喷嘴设为速度入口，出口设为压力出口。
边界无滑移，各方程的离散化均采用一阶迎风格式，压力与速度的耦合关系采用SIMPLE算法，求解器采用压力基隐式求解器。
控制方程见文献[6]。
值模拟工况如表1所示，切圆速度入口参数设置如表2所示。
表1 模拟工况对应表
工况一
工况
二
工况
三
工况
四
工况
五
工况
六
不投第六层
一次风
不投
第五层
一次
风
不投
第四层
一次
风
不投
第三层
一次
风
不投
第二层
一次
风
不投
第一层
一次
风表2 同心双切圆速度入口参数
名称
单
位
一
次风
二
次风
燃
尽风
风速
m
/s
2
5
3
0.4
3
0.4
风率%2
3.7
7
3.3
1
8
温度k3
13
3
08
3
08
3 模拟结果及分析
3.1炉内流场整体分析
炉内从燃烧域到燃尽域中部呈现一个大腔室的速度较小区域，说明在燃烧到燃尽炉内存在着大切圆；在燃尽部位渐缩这是由于燃尽域上部炉膛变窄，速度也逐渐呈现渐缩分布；在塔式炉后墙水平烟道口存在流道变小截面，截面变小域流速最高并在出口处可见有着速度的偏差，出口处靠近炉膛壁面速度小，远离炉膛壁面速度大。
从图1可以看出一次风二次风及燃尽风均投运情况下，在不同工况下炉内速度场有着不同的分布。
随着燃烧器安装位置由高到低不投运一次风，我们能够看到流场分布规律炉内燃烧区域速度低于4m/s的部分由一个腔室逐步变为两个腔室；在炉型截面变窄的燃尽风上部区域部分流速随着燃烧器布置由高到低不投运一次风，变窄截面速度逐渐降低；在对流受热面速度分布不均匀有着速度偏斜，且越往炉顶速度偏斜越明显。
图 1 不同工
况下炉膛流场速度
分布云图
3.2流场切圆分析
从图2一次风与二次风切圆流场可以看出，气流从炉膛四角燃烧器喷射入炉内，在炉内形成了一个良好的稳定的顺时针切圆，切圆面积较大，速度分布均匀，气流充满情况良好；从云图中可以看到速度逐渐减小，这是由于从燃烧器喷射气
流由于阻力作用造成的速度衰减；燃烧器从四角射流形成具有一定离心力的旋转
气流进而形成切圆；从二次风可以看出二次风切圆比一次风大这是由于速度较大
二次风切圆速度也较大造成离心力大形成大切圆。
图2 工况以下不同截面速度流场分布云
图
从图3可以看出一次风截面中心速
度呈现双峰速度较高点。
比较第五层和第二层一次风，第五层风双峰速度较第二
层小，说明燃烧器位置布置越高切圆速度越小主要由于炉内阻力造成；第五层风
双峰较第二层宽，说明燃烧器位置布置越高切圆越大主要由于二次风携带及离心
力造成炉内位置越高形成切圆越大。
从设计图与数值模拟比较数值模拟切圆较大，这是由于模拟未曾喷入煤粉造成一次风刚性不够而二次风携带能力较大造成切圆
较大。
图3 一次风截面中心速度图
3.3流速偏差分析
不同的工况下烟气在烟道中后墙速
度较前墙大并基本呈现阶梯分布，前墙
右上角速度较低并有局部的回流，这是由于速度切圆以及烟气流体向后墙烟道流
出造成速度的偏斜。
4 结束语
通过采用Fluent数值模拟软件能够很好的模拟锅炉炉内空气动力场的流动特性，可以发现炉内流场的不均匀性，能够得到不同区域流场速度，能够观测炉内一次风、二次风、燃尽风的可视流场，能够得到不同截面不同位置的速度，并能够直观简洁的得到炉内空气动力场特性。
参考文献
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[2] 程智海, 赵玉伟, 时光辉,等. 660MW四角切圆锅炉混煤燃烧数值模拟分析[J]. 上海节能, 2020, 000(002):160-164.
[3] 马红和、刘仕海、朱旭东、周璐、崔志刚、赵军. 空气分级耦合与不耦合多孔壁风工况下煤粉燃烧特性的数值模拟研究[J]. 中国电机工程学报, 2020, v.40;No.658(23):170-177.
[4] 白铭波、蔡国斌、高军伟、王钊、张建忠、岳宁芳. 基于FLUENT数值模拟的综采面采空区自燃"三带"研究[J]. 煤炭技术, 2020,
v.39;No.323(11):149-152.
[5] 何丽娟、吴心伟、王荻、田宝云、王征、王萌. 基于Fluent的涡流管性能及三维强漩流流动的数值模拟[J]. 太阳能学报, 2020, v.41(11):149-154.
[6] 谢冰瑶. 1000MW超超临界塔式褐煤锅炉炉内燃烧过程的数值研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2014.。