基于流场数值模拟的空气预热器转向室导流板设计
基于CFX的涡轮叶片流场及温度场的数值模拟
t ur bi ne bl a de ba s e d o n CFX C A 0 Hu i - l i n g,OU in f - pi n g
( C o l l e g e o fa e r o n a u t w d E n g i n e e r i n g , C A U C , T i a n j i n 3 0 0 3 0 0 , C h i n a )
mu l a t i o n . T h e a n a l y s i s o f n u me r i c a l r e s u h s i s c l o s e t o t h e a c t u a l s i t u a t i o n . I t i s v e r y u s e f u l t o u s e mu h i - p h y s i c s
计算 机软件进行数值模 拟成为进行科学研究 的重要
手段 之 一 。
发 的第一个 通 过 I S O 9 0 0 1 质 量认 证 的商业 软件 。其前 处理 I C E M C F D模块 在 生成 网格 时 , 可对 边界层 网格 、
剧 烈 变 化 的流 场 区域 进 行加 密 处理 , 极 大地 提 高 了数
e ic f i e nc y o f t u r bi ne . The lo f w ie f l d a n d t e mp e r a t u r e ie f l d o f t u r bi ne b l a d e a r e s t u di e d t hr o u g h 3-D n ume nc M s i -
空气预热器换热过程数值模拟
空气预热器换热过程数值模拟Li Jian;Chai Xing;Yang Jian【摘要】利用有限元的方法,使用ANSYS软件分别对整体转子、单层隔板、扇形板进行热-力耦合数值模拟,获得其变形量.通过研究,利用数值模拟分析的方法验证了空气预热器的变形量,对工程数据进行论证,提高了空气预热器的工作效率.【期刊名称】《中国重型装备》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】3页(P10-12)【关键词】空气预热器;泄漏;数值模拟;热变形;温度场【作者】Li Jian;Chai Xing;Yang Jian【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TH164随着经济的飞速发展,能源的快速消耗,资源的利用率越来越受到关注,提高能源的利用效率成为当今迫在眉睫的话题。
空气预热器是现代大型锅炉机组中不可少的组成部件,通常布置在锅炉对流烟道的尾部[3]。
因为空气预热器不仅能够吸收排烟中的热量,降低排烟温度,提高锅炉效率,而且由于空气的预热,改善燃料的着火条件,强化了燃烧过程,减少了不完全燃烧损失,对于难着火的无烟煤和劣质煤尤为重要[1]。
空气进入炉膛之前,经空气预热器预热,强化炉膛辐射热交换,使吸收同样辐射热的水冷壁受热面减少[7]。
较高温度的预热空气送到制粉系统作为干燥剂,在磨制高水分的劣质煤时也可以起到良好的烘干作用。
所以空气预热器对提高锅炉的燃烧效率,降低燃料消耗非常重要[8]。
在我国的各个大型发电厂中普遍采用回转式空气预热器,运行实际表明:回转式空气预热器主要的缺点就是漏风率大。
因为空气预热器是由转子和固定的密封板组成的,高温烟气自上而下流经转子内部加热蓄能元件,当转子转向空气侧时,低温空气又自下而上流经炙热的蓄能板,带走热量[9]。
由于空气预热器转子重复循环承受这样的冷热交替变化,转子内自上而下的温差就会使其发生热变形,受高温的转子上端和受低温的转子下端便会与上下端密封的扇形板形成间隙。
又因为高温烟气和低温空气之间有压差,这样烟气不可避免地会从这些间隙中泄漏到空气中。
基于流场数值模拟的空气预热器转向室导流板设计
基于流场数值模拟的空气预热器转向室导流板设计锅炉尾部管箱式空气预热器的空气转向室内,由惯性和离心力引起的空气偏流会带来预热器受热面的传热和温度偏差及流动阻力的增加。
一般采用空气导流板改善流场分布,减小流动偏差。
文章以一台75t/h循环流化床锅炉的二次风空气预热器为例,结合流场数值分析确定合理的导流板设计方案,以达到改善空气流场分布的目的。
标签:导流板;流场;数值模拟;偏流;传热和温度偏差;阻力1 前言空气预热器是锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的传热部件将进入锅炉前的空气加热到一定温度的受热面。
作用有两个方面,一是提高炉膛燃烧温度,强化燃烧;二是降低排烟温度,提高锅炉热效率,降低锅炉能耗。
管箱式空气预热器是常见的空气预热器型式之一。
烟气在管内纵向冲刷,空气在管外横向冲刷。
空气流经一回程后,在空气转向室内转弯180°,再反向流过二回程,整个空气流程呈横置的“U”形。
空气吸收烟气热量,温度提高后,进入燃烧空间提供燃烧所需氧气。
烟气放出热量,温度降低后排出炉外。
在空气转向室内,由于惯性和离心力的作用,空气流动出现明显的流速偏差。
靠近转向室出口上部的速度较高,靠近下部的速度较低。
偏流现象会影响空气和烟气的正常换热,烟气和空气的实际出口温度与设计值出现偏差。
同时,空气流动阻力也相应提高。
为了改善速度分布,一般采用在转向室内设置空气导流板的办法。
设计良好的导流板可以优化空气流型,降低速度偏差和系统阻力,提高空气预热器管整体换热均匀性。
采用流场的数值模拟可为导流板的优化设计提供有效的参考数据。
本文以一台75t/h循环流化床锅炉的二次风空气预热器为例,利用空气流场的数值模拟,确定合理的空气导流板结构。
2 导流板设计不同的导流板结构型式会产生不同的速度和压力场分布。
设计了两种类型的空气导流板方案,如图1所示。
图中所示的空气转向室中,AB边长为1000mm,FD边长为1300mm,CD 及FG边长为250mm。
加装导流板的真空管热水器流动与换热的数值模拟
加装导流板的真空管热水器流动与换热的数值模拟导流板是一种常见的导流装置,其作用是在流动过程中,导正流线,降低流阻,增加换热效果。
加装导流板可以大大增强热水器的换热能力,提高热水器的热效率,在实际应用中具有广泛的应用。
本文将介绍基于数值模拟的方法,分析加装导流板对真空管热水器流动与换热的影响和优化设计。
一、数值模拟的基本原理1、数值模拟的基本方法数值模拟是将实际问题抽象成数学模型,在计算机上进行模拟计算,以预测实际问题的行为。
数值模拟的基本要素包括物理理论、数学模型、数值算法、计算机程序和计算结果。
其中数学模型是数值模拟的核心,而数值算法则是实现计算过程的基础。
2、数值模拟的数学模型数值模拟的数学模型是指将实际问题抽象成一组数学方程,用于描述物理系统的行为和规律。
在数值模拟中,通常通过偏微分方程(包括连续性方程和动量方程)和能量方程来描述物理系统的流动和换热行为。
其中,连续性方程描述流体的质量守恒,动量方程描述流体的动量守恒,而能量方程则描述流体的能量守恒。
3、数值模拟的数值算法数值模拟的数值算法是实现数学模型计算的基础,常见的数值算法包括有限差分法、有限元法、谱方法等。
在实际应用中,由于模型的复杂性,通常需要采用数值算法对模型进行简化或近似,以便实现计算。
二、真空管热水器的流动和换热分析1、真空管热水器的结构和工作原理真空管热水器由储水箱、真空管和支架等组成,主要由吸热板、吸热板隔板、集热管、集热弯管、集热瓶、水管和支架等部分组成。
真空管热水器工作原理如下:当太阳照射到吸热板上时,吸热板吸热并向水箱输送热量,此时水箱内的水被加热。
加热后的水分别从水箱的进出水管流出,在水管中形成对流流动,将热量传给热水器中的水,以提供热水使用。
2、导流板加装对流动和换热的影响加装导流板可以降低流体内部的涡流强度和湍流强度,使得流体流动更加趋近于一种准定常的流动,从而降低流阻,增加能够就近接触到集热管的水流量,提高热传递效率。
直接空冷单元内加装一种导流装置的数值模拟
2 0 1 3年 2月
汽
轮
机技ຫໍສະໝຸດ 术 V0 l _ 5 5 No . 1
TURBI NE TECHN0L OGY
F e b . 2 01 3
直 接 空 冷 单 元 内加 装 一 种 导 流装 置 的数 值 模 拟
周 兰欣 , 孙会 亮 , 马士英 , 惠雪松
( 电站设备状 态检测与控制教育部重点实验室( 华北电力大学) , 保定 0 7 1 0 0 3 )
i n s t ll a e d a r c g u i d e p l a t e p h y s i c l mo a d e l w h i c h u s i n g t h e C FD s o f t wa r e S I MP L E a lg o r i t h m a n d 一 mo d e l n u me i r c l a
摘要 : 针对 6 OM W 直接空冷 机组 凝汽器典型结构 , 建 立在空冷凝 汽器 单元 内部加装 弧形 导流板 的物理模 型 , 利 用 C F D软件 , 采用 S I M P L E算法 和 k — 模型进行数值模 拟计算 , 对加装导 流板 前后 空冷单元 的空气场 及温度场进行
N u m e r i c a l S i m u l a t i o n o f I n s t a l l a t i o n o f O n e G u i d i n g D e v i c e
i n Di r e c t Ai r c o o l i n g C o n d e n s e r C e l l
t h a t :a ft e r i n s t ll a e d t h e l f o w ui g d e d e v i c e,t h e a i r ie f l d i n t h e a i r c ol i n g u n i t a n d t h e s u r f a c e t e mp e r a t u r e o f t h e h e a t e x c h a n g e r i f e l d b e c a me mo t e u n i f o r me d d i s t ib r u t i o n .Re d u c e t h e b u n d l e a v e r a g e S u r f a c e t e mp e r a t u r e o b v i o u s l y a n d i mp r o v e t h e h e a t t r ns a f e r e f i f c i e n c y wh i c h p r o v i d e s c e r t a i n t h e o r y r e f e r e n c e o f t h e Ai r c o o l i n g u n i t f o r f u r t h e r o p t i mi z a t i o n d e s i g n .
板式空气预热器数值模拟研究
Abstract:Themodelsofairheatexchangerplateofplatestructureanditsflowchannelwereestablished. Thenumericalsimulationwascarriedoutfortheflowandheattransferofthefluidintheflowchannel usingthecomputationalfluiddynamicssoftware.Theeffectsofdifferentsizesofspacingcolumnsonthe performanceoftheequipmentwerecomparedandthevelocityfield,temperaturefieldandpressurefieldin theflowchannelwereanalyzed,andwerecomparedwiththetestresults,anditwasconcludedthatthe simulationanalysisresultdeviatesfrom thetestresultwithin15%,indicatingthatthisnumericalsimula tionmethodcanbeusedasareliablemeansfordesignoptimization. Keywords:plateairpreheater;spacingcolumn;numericalsimulation;heattransfercoefficient;pressure drop
导流板改善反应器流场的数值模拟研究
导流板改善反应器流场的数值模拟研究吴义连 1 安恩科 1 * 周洪权 2 孙向军 2 宋尧 2 季华文 21同济大学机械与能源工程学院 2上海环境卫生工程设计院有限公司摘 要: 本文使用Fluent 软件, 采用Realizable k-着 湍流模型及离散相模型, 对一种碳酸氢钠干式反应器结构的流 场进行了数值模拟, 同时研究了导流板数量对该模型流场的影响。
结果表明: 导流板能改善反应器中颗粒分布的均匀性, 平均颗粒浓度不均匀系数随着导流板数量的增加不断减小。
导流板能减小弯管部分最大速度, 减轻对该 区域管壁的磨损。
合适的导流板数量不会明显增大模型的压力损失。
研究结果为该模型导流板数量的选取提供了 依据。
关键词: 数值模拟 导流板 颗粒浓度不均匀系数 最大速度 压力损失Numerical Simulation Research on Deflectorsto Improve the Flow Field of ReactorsWU Yilian 1 ,AN Enke 1 *,ZHOU Hongquan 2 ,SUN Xiangjun 2 ,SONG Yao 2 ,JI Huawen21School of Mechanical and Energy Engineering,Tongji University 2Shanghai Environmental Sanitation Engineering Design Institute Co.,Ltd.Abstract: In this paper,the flow field of a sodium bicarbonate dry reactor is simulated by using Fluent software, Realizable kε turbulence model and discrete phase model.Besides,the influence of the number of deflectors on the flow field is studied.The results show that the deflector can improve particle distribution uniformity in the reactor,and the average nonuniform coefficient of particle concentration decreases with the increase of the number of guide plates. Deflector can reduce the maximum velocity of the bending part,thus reduce abrasion of pipe wall in this area. Appropriate number of deflectors will not obviously increase pressure loss of the model.The results provide the basis for selecting the number of deflectors.Keywords: numerical simulation,deflector,nonuniform coefficient of particle concentration,maximum velocity, pressure loss收稿日期: 2017426通讯作者: 安恩科 (1962~), 男, 教授; 上海市嘉定区曹安公路4800号开物馆A447 (201804); Email:axa@0 引言近年来兴起的固体废弃物焚烧发电技术, 具有无 害化、 减量化、 资源化等优势, 先后在许多国家推广使用, 成为了近年来城市生活垃圾处理的研究热点和趋势[1]。
直接空冷机组排汽管道内加装导流片的流场的数值模拟
Ke r s: d r c i c o ig;e h u tp p y wo d ie tar o l n x a s i e;n me c ls mu ain;g ie v e r su ed o u r a t l t i i o u d a ;p e s r r p n
1 引言
电厂 的热 效 率 j 。石 磊 等 对 国 电 山 西 大 同第 二 发 电厂 国 内首 台 60 0 MW 直 接 空冷 机 组 排 汽 管 道 进行 了数 值模 拟 , 出在典 型工 况下 , 经各蒸 汽 得 流
直接 空冷 是指 汽轮 机 的排汽 直接 由空 气来 冷 凝, 解决 了缺 水地 区火 力 发 电 与水 资源 紧 缺 的 主
要矛 盾 , 水 资源 日益 紧张 的今天 , 有重要 的意 在 具
义 。 由于我 国发 展 空 冷技 术 比较 晚 , 的关 键 技 它
术及 相关 设计 长 期被 国外 公 司所 垄 断 , 以空 冷 所
8 2
FLUI MACHI D NERY
Vo . 140, . 2 1 No 9, 01
文 章 编 号 : 10 0 2 (0 1 0 0 8 0 0 5— 39 2 1 )9— 0 2— 4
直 接空 冷机组排汽管道 内加装导流 片的 流 场 的 数 值 模 拟
周 振起 , 赵 海 , 同辉 , 大伟 宋 张
ZHOU e — i HAO i ONG n - u , Zh n q ,Z Ha ,S To g h i ZHANG — i Da we
( o h at i lU ie i , in1 2 1 ,hn ) N r esD a i n r t Ji 3 0 2 C i t n v sy l a
船用散热器空气流动的数值模拟
面~ 粗面乱 流6 二 对庙 L 流扎埸 乇 , L / )[ c ] ∥
日本楼 械学 会 文 集 , 2 0 0 5 : 2 7 2 5 — 2 7 3 3 .
这 4个 出风 口的风量 比为 1 . 0 0 : 1 . 0 6 : 1 . 0 2 : 1 . 1 1 , 处
表 7 各 出风 口风 向实 验 测 量 值
出风 口 K C M Y
( 。 )
HY
于相对均 匀分布 的状态 , 这说 明 阶梯 型的分布有 效 地控制 了流场的压力 和阻力关系 , 对 于均匀 出风 的 技术要求 而言是行之有效 的设计方案 。 3 ) 经过 比较 , 基 于 正交 六 面 体 结构 化 网格 的 计算 精度 要高 于 四 面体 非 结 构化 网格 , 正 交 六 面 体结 构化 网格 由于 能够保 证更 高 的网格 质量 和收 敛精 度 , 使 数值 计 算 结果 更 加 逼 近 真 实 的流 动 情
图1 O 以 实 验 为 基 准 数 值 模 拟 计 算 误 差比较 ( 出 口风量数据 )
[ 3 ] 须贺 岛. 况 用 的 解 析 的壁 阴数 乇 ’ , L / ( 第 1 鞭、 滑
3 9
第 1 期
船
海
工
程 亮, 王
第4 2卷 勇. 流体 机械 C F D中的 网格 生
网格 的计算 结果与实 验值 比较 , 误 差在 1 0 %与 5 %之 间 , 所 以在 速度 方 向的解 析 方 面 , 正六 面 体
结构 化 网格也 具 有较 高 的精 度 ; 而 基 于 四面 体 非 结构 化 网格 的结果 误差 在 1 2 % 一1 9 %之 间 , 误 差 接近 2 0 %实 际上 是难 以容 忍 的 , 是 失败 的数 据 。
空气预热器壳程流场模拟与振动分析
第1 1期
胡 臖, 等. 空气预热器壳程流场模拟与振动分析 表 1 空气预热器的结构参数
8 3
度, m。
搪瓷管段 ( 三) 、 ( 四) 5 . 4 3 . 7 7 0 . 0 5 1 3 5 0 . 1 0 5 0 . 1 1 4
项 目 气室长度 m ? 气室宽度 m ? 管外径 m ? 每排管数 管束横向间距 m ? 管束纵向间距 m ?
2 0 1 7 0 5 1 9;修改稿收到日期 : 2 0 1 7 0 7 0 8。 收稿日期 : 胡臖, 硕士, 助理工程师, 从事炼油厂节能技术研究 作者简 介 : 工作 。 胡臖, : E m a i l h u u n . f s h i n o e c . c o m。 通讯联系人 : @s j y p 国家科技重大专项 ( ) 。 2 0 1 6 Z X 0 5 0 1 7 0 0 4 基金项目 :
束背面产 生 的 涡 流 周 期 性 地 产 生 和 脱 落 , 产生一 个既垂直 于 流 动 方 向 又 垂 直 于 管 束 的 声 学 驻 波 ,
[ 1 8 1 9] 即“ 卡门涡流效 应 ” 。当卡门涡流频率和气室
的固有频率接近时 , 就 会 产 生 驻 波 共 振 的 现 象, 使 空气 预 热 器 产 生 严 重 的 振 动 , 影响其正常运
关键词 :空气预热器 壳程 流场 振动
空气预热器利用 加 热 炉 燃 烧 产 生 的 热 烟 气 预 从而提高加热炉效率 热空气 ,
[ 1]
作工况进行设定 。 图 1 为空气预热 器 壳 程 的 几 何 模 型 及 不 同 管 段名 称 。 由 于 空 气 预 热 器 的 几 何 结 构 具 有 对 称 因此取模型的 二 分 之 一 为 研 究 对 象 。 同 时 , 将 性, 壳程的管 段 从 上 至 下 依 次 命 名 为 钉 头 管 段 ( 一) 、 钉头管段 ( 二) 、 钉头管段( 三) 、 钉头管段( 四) 、 搪 瓷管段 ( 一) 、 搪瓷管段( 二) 、 搪瓷管段( 三) 、 搪瓷 管段 ( 四) 。 空气预热器的结构参数如表 1 所示 。
板式空气预热器内部流场数值模拟与结构优化
板式空气预热器内部流场数值模拟与结构优化刘伟;尹俊;邹建东;王海波【摘要】The software FLUENT was used to numerically simulate the 3-D flow field in the plate air preheater, and a detailed analysis has been made. The analysis has found that the direction of the vector of entrance flow is different from the direction of channels of plate bundles. Therefore, the flow of interior is turbulent flow, which will affect the media distribution among plant bundles. The improvement of inlet of plate air preheater is proposed in consideration of associated factors. It is observed in numerical simulation that the flow field has been greatly improved, and a good reference has been made for design of plate air preheater.%利用FLUENT 软件,建立板式空气预热器内部流体的三维数学模型,并对其流场进行了详细分析.研究发现,流体入口矢量方向与板束通道方向不一致,从而导致入口处的流体发生扰流,影响板束间介质的分布.结合其影响因素,提出了板式空气预热器入口的改进方案,通过数值模拟可以看出,入口流速分布有了很大的改善.【期刊名称】《炼油技术与工程》【年(卷),期】2011(041)004【总页数】5页(P34-38)【关键词】板式空气预热器;数值模拟;流场分布;结构优化【作者】刘伟;尹俊;邹建东;王海波【作者单位】甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃省兰州市730070;甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃省兰州市730070;甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃省兰州市730070;甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃省兰州市730070【正文语种】中文板式空气预热器用于回收烟气余热,是典型的节能环保设备,具有传热效率高、耐高温、结构紧凑等特点,因而在石油化工、冶金、火力发电等领域具有广泛应用前景。
基于流固热耦合仿真的微型空压机风冷系统
基于流固热耦合仿真的微型空压机风冷系统陈建栋;孙蓓蓓【摘要】In order to solve the overheating of micro-compressor cylinder cover, a numerical model to compute airflow field and temperature field is set up according to the theory of fluid-solid coupled heat transfer. A numerical model of axial-flow fan is also set up. The numerical simulation results show that the airflow channel design of the original micro-compressor is unreasonable, and the re-flow of cooling air at motor frame is severe which affects the cooling performance of cylinder cover. By changing the blowing direction of the axial-flow fan, the problem of cooling air reflow is solved. Also, by optimizing the size of outlets and the parameters of the fan, the flow of cooling air is increased. Through these measures, the flow of cooling air is increased from 13. 55 g/s to 23.51 g/s, and the temperature of cylinder is decreased from 388.9 K to 362.9 K. Thus, the overheating of micro-compressor cylinder cover is solved.%为解决微型空压机缸盖处过热问题,基于流固耦合传热理论,建立了微型空压机内部流场和温度场以及轴流式风扇的数值计算模型.数值仿真结果表明,原空压机流道设计不合理,冷却空气在机架处回流严重,影响缸盖散热.通过改变轴流式风扇的吹风方向解决了冷却空气在机架处回流的问题,通过优化出风口尺寸以及风扇参数,提高了冷却空气的流量,从而使微型空压机冷却空气流量由13.55 g/s增加至23.51 g/s,缸盖处温度由388.9 K降低至362.9 K,解决了缸盖处过热的问题.【期刊名称】《东南大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2013(043)001【总页数】6页(P65-70)【关键词】微型空压机;流固热耦合仿真;数值仿真;轴流式风扇【作者】陈建栋;孙蓓蓓【作者单位】东南大学机械工程学院,南京211189;东南大学机械工程学院,南京211189【正文语种】中文【中图分类】TH457微型往复活塞式空气压缩机(简称微型空压机)是通过活塞在活塞缸内往复运动压缩气体,将机械能转化为气体压力能的装置,目前广泛应用于家庭装潢、医疗器械等方面.与大中型空压机以水冷的冷却方式不同,微型空压机由于其结构和经济等方面的原因,一般采用风冷式冷却.风冷式冷却的表面传热系数约为水冷式冷却的1/40,冷却效率低,故空压机内部零件散热困难.空压机内部温度过高一方面影响零件间润滑,导致零件磨损加剧,寿命缩短;另一方面提高了空压机功耗,降低了压缩效率;甚至为发生火灾留下了安全隐患.因此研究微型空压机风冷却技术对于改善空压机内部的热环境、提高其工作性能具有重要意义.微型空压机内部空间有限,空气流道极其复杂,电机、活塞缸以及缸盖处空气流动与传热现象相互耦合,因此建立完整、精确的计算空压机内部流场和温度场的模型比较困难[1-2].目前的研究以实验法为主,主要探讨了缸盖处翅片高度、疏密对缸盖风冷却效果的影响[3],而未能从空压机整机出发,研究空压机内部流道对整机冷却效果的影响.本文首先推导了活塞缸与缸盖处的散热计算公式,并基于流固耦合传热理论[4-6]建立了计算整体微型空压机内部温度场和流场的数值模型.本文研究对象为6G微型空压机,该空压机工作时缸盖处温度过高,导致排气温度过高,零件损坏严重等一系列问题,严重影响此机的工作效率.通过数值模拟此空压机内部流场以及温度场分布,分析了缸盖处温度过高的原因;同时,针对发现的问题优化设计了出风口尺寸以及风扇的吹风方向;最后重新设计了冷却用的轴流式风扇,提高了风扇流量,进一步提高了空压机的冷却效率.利用CAD软件SolidWorks建立空压机泵头的几何模型.如图1(a)所示,动力由电机通过大、小带轮传递,大带轮带动连杆活塞机构压缩活塞缸内气体,压缩气体由缸盖右侧的排气口排至储气囊中(储气囊在泵头下方,模型中未建立).电机右侧为一轴流式风扇,实现强迫风冷.在前处理软件Gambit中,考虑到结构的复杂性,将固体和流体区域采用非结构化四面体网格划分,同时为了提高计算结果的可信性与计算效率,在流固耦合区域细化网格.网格总数为1 228 234,如图1(b)所示.各零件材料特性见表1.1.2.1 体热源边界微型空压机热源主要有2处:活塞缸和缸盖产热以及电机产热.1)活塞缸和缸盖产热活塞缸与缸盖作为整体,常温空气从缸盖进气口吸入,在活塞缸内压缩后,高温压缩气体由缸盖排气口排出,整个过程能量传递为式中,Wtot为空压机运行一个周期活塞对气体所做的功;U为气体内能增加所需的能量;Wf为维持空气流动所需的能量;Q为气缸和缸盖耗散的热能[7].活塞对缸内气体做功可分为余隙膨胀过程、吸气过程、压缩过程以及排气过程.余隙膨胀过程是气缸内剩余压缩气体自由膨胀的过程,此时活塞对气体做负功,即式中,We为余隙膨胀过程中活塞对气体所做的功;l1为间隙余量;ps为排气压强;p0为大气压强;A为活塞面积;k为多变系数;l2为余隙膨胀止点的位置.吸气过程为等压过程,活塞对气体所做的功为式中,Wi为吸气过程中活塞对气体所做的功.压缩过程活塞对气体所做的功为式中,Wp为压缩过程中活塞对气体所做的功;l3为活塞上行止点位置;l4为压缩过程至排气过程的临界点位置.排气过程为等压过程,活塞对气体做的功为式中,Wo为排气过程中活塞对气体所做的功.活塞对气体做的总功为在整个过程中,气体内能增加所需的能量为式中,C为空气的平均质量热容;m为压缩气体的质量;T0为进气温度;Ts为排气温度.维持空气流动所需的能量为式中,θ0为压缩前空气的比体积;θs为压缩后空气的比体积.通过式(1)~(8),计算出空压机运行一周期气缸和缸盖耗散的热量Q,则气缸和缸盖的平均体产热率为式中,r为空压机大带轮转速;Vcl为气缸体积;Vco为缸盖体积.计算得 Qc=2.03 MW/m3.2)电机产热电机产热主要包括2部分:铜耗和铁耗产生的热量.①铜耗产热计算式中,PCu为电机铜耗的产热;Ix为通过各绕组的电流;Rx为各绕组的电阻.②铁耗产热计算式中,PFe为电机铁耗的产热;Ka为由于硅钢片加工、磁密度分布不均等而引起的损耗增加因子;pFe为单位质量的铁耗,也称比损耗;GFe为铁芯净用铁量.通过式(10)和(11)计算出铜耗与铁耗产热,除以对应部分体积得到铜耗和铁耗的体产热率分别为QCu=420×105kW/m3和QFe=330×105kW/m3.1.2.2 风扇边界本文利用流体动力学计算软件FLUENT中的FAN边界模拟电机冷却风扇的作用,通过数值模拟风洞实验获得的风扇压升为114 Pa.1.2.3 耦合边界所有双边壁面均定义为耦合边界,包括流体和固体发生对流的交接面,固体和固体导热的交接面,在耦合面上发生各个物理量的耦合传递.1.2.4 初始环境及求解策略采用压力进、出口边界,初始压力设定为一个标准大气压.原空压机机壳各进出口如图2所示.环境温度设定为300 K.采用标准的k-ε模型封闭湍流控制方程,Thermal Energy模拟空压机内部传热.采用SIMPLE算法求解湍流方程及能量方程. 以活塞缸底部圆心为坐标原点,y轴为活塞运动方向,z轴与电机主轴平行,x轴垂直于y轴与z轴.图3分别给出了空压机内部x=0流场速度矢量和温度场分布图.常温冷却风从右侧进风口进入,经过风扇后从电机定子与转子之间的间隙通过,冷却电机,同时冷却风自身温度逐渐升高.冷却风经电机后,一部分绕过机架、活塞缸、连杆等部件由左侧出风口流出;另一部分撞到机架后,在机架处回流,回流冷却风温度较高,流动方向杂乱,导致电机左侧区域的空气温度较高,且回流的冷却风可能再次用于冷却系统,导致冷却风的二次加热,这种冷却风的多次循环冷却严重影响了整机的冷却效率.流经缸盖的冷却风流量小、风速低,导致缸盖处冷却效果差,故缸盖处及其周围空气温度都很高.表2给出原空压机各进出口的质量流量以及关键零件温度.进口流量为正,出口流量为负(若出口流量为正,表示该出口空气回流).总流量表示流入空压机的空气流量总和,净流量表示实际用于冷却空压机的空气流量,总流量与净流量之差即为出口回流的流量.由表2可知:靠近缸盖处的出口6流量几乎为零,表明流经缸盖处的冷却风很少,故缸盖处冷却效果不佳;出口4和出口5空气回流,回流空气无法起到冷却作用,且出口回流的存在导致净流量的减少,降低了整机的冷却效率,使得缸盖温度高达388.9 K.经实际测试,此空压机缸盖处温度最高,电机处温度次之,机架和缸盖周围为空气高温区域,风扇处为空气低温区域.这与数值模拟结果一致,表明本文的仿真模型较准确地反映了实际状况.改变风扇的吹风方向,由原来的吹风式冷却改为吸风式冷却.风扇边界压升改为-114 Pa,同时原进出风口相互对换,即原吹风式冷却的出风口和进风口分别改为吸风式冷却的进风口和出风口,其他边界条件不变.图4分别为吸风式冷却方式x=0平面流场和温度场分布图.由图4(a)可以看出,与吹风式冷却不同,吸风式冷却在机架处没有明显的冷却风回流,冷却风经电机后直接从右侧出风口流出,避免了冷却风的多次循环冷却.部分冷却风从缸盖左侧进风口进入,流经缸盖,故缸盖处冷却效果较好.从图4(b)可以看出,空压机内部空气温度在大范围内均有大幅的降低,空气温度较高区域主要集中在电机右侧,最高温度较吹风式冷却下降4 K.表3给出了吸风式冷却方式各进出口的质量流量以及关键零件的温度.从表3可以看出,靠近缸盖处的进口6流量相比吹风式冷却,质量流量从0.28 g/s增加到2.75 g/s,因此吸风式冷却在缸盖处能起到更好的冷却效果,缸盖处温度下降了3.6 K.虽然吸风式冷却方式能够有效地降低缸盖处温度,但是由表3可见,仍然存在出风口回流严重的问题.因此针对此问题提出优化方案:关闭所有回流的出风口,只留下出口1.由于仅留出口1以后,出风口尺寸过小,造成冷却风无法完全从出口排出,导致冷却风的多次循环冷却,降低了空压机的冷却效率,故需要重新设计出口1的尺寸.通过比较各种不同出口1尺寸的仿真结果,最终将出口1的尺寸由原来的30 mm×124 mm优化设计为70 mm×100 mm,比较结果见表4.从表4可看出,关闭存在回流的出口后,抑制了出口回流,净流量以及靠近缸盖的进口6流量增加了1倍多.因此缸盖处温度下降幅度很大,降低了13.4 K,电机处温度也有所降低.轴流式风扇是整个空压机风冷却系统的关键零件,其设计的好坏直接影响整机的冷却效果.本文利用FLUENT软件数值模拟风扇的风洞实验,分析了风扇不同参数对其性能的影响[8-9].图5为风扇全流道的有限元模型,该模型将风扇全流道分为3个主要的部分:进口区域、风扇旋转区域以及出口区域.为了提高数值模型的准确性,保证风扇全流道的充分发展,将进口区域以及出口区域长度设计为风扇旋转区域厚度的15倍以上;同时为了能够更好地捕捉到风扇叶片周围以及顶部间隙的空气流动情况,在风扇旋转区域细化网格,考虑到翼型曲面的复杂性采用非结构四面体网格划分,全流道网格总数为914 320.在原风扇的基础上,综合考虑叶片形状、叶片数、安装角以及轮毂直径等参数,在转速(14 000 r/min)一定时,以流量最大为目标设计轴流式风扇[10-11].优化设计后的新风扇几何模型见图6,与原风扇比较结果见表5.由表5可见,选择合适的航空翼型,减少轮毂直径以及选择最优的叶片数,能够提高轴流式风扇的流量.新风扇性能十分理想,流量较原风扇提高了1倍.将新风扇参数代入优化的空压机整机的数值模型中,评价新风扇对空压机整机冷却效率的影响,结果见表6.由表6可见,新风扇流量提高后,净流量与进口6的流量都有明显增加,缸盖以及电机转子处的温度均下降了10 K左右.因此,提高风扇性能对空压机整机冷却效率的提高有着非常显著的效果,同时也表明了冷却风扇的设计在风冷却系统设计中是非常重要的环节.1)原空压机由于流道设计不合理,使得机架处冷却风回流以及缸盖处冷却风流量过小,造成空压机缸盖处温度过高.2)吸风式冷却方式解决了机架处冷却风回流问题,同时提高了缸盖处冷却风的流量,能够更好地为缸盖冷却.3)优化出风口可以有效地抑制出口回流,增加净流量,提高空压机整机的冷却效率.4)选择合适的翼型、轮毂直径以及叶片数等能够提高风扇性能,且风扇性能的提高对空压机整体冷却效率的提高有非常显著的效果.本文的研究成果已应用到某型号微型空压机风冷却系统中,解决了其缸盖处温度过高的问题,同时对于其他机械设备的风冷却系统设计也有重要的参考价值.【相关文献】[1]唐梓杰,丁水汀,杜发荣.小型航空二冲程风冷发动机缸体流固耦合传热的仿真[J].航空动力学报,2011,26(1):42-47.Tang Zijie,Ding Shuiting,Du Farong.Simulation of fluid-solid coupled heat transfer of cylinder of a small two-stroke air-cooled aero-engine[J].Journal of Aerospace Power,2011,26(1):42-47.(in Chinese)[2]Sun Zixiang,Chew John W.Numerical simulation of complex air flow in an aero engine gear box[C]//Proceedings of ASME Turbo 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基于Fluent的板式换热器气体流动数值模拟
基于Fluent的板式换热器气体流动数值模拟卢芳;常春梅;唐海;姚立影【摘要】针对板式换热器通道内的气体流动建立了Fluent计算模型.采用3种不同的计算模型,分别计算了通道内空气流速为14~24 m/s时的流动状态以及压降.建立了板式换热器通道的试验平台,将数值模拟结果与试验结果进行对比.对比结果表明,采用RNG κ-ε湍流模型的计算结果与试验值最为接近,其压降误差为4.3%~7.5%.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】3页(P10-12)【关键词】板式换热器;数值模拟;压降;气体流动;风速【作者】卢芳;常春梅;唐海;姚立影【作者单位】上海蓝滨石化设备有限责任公司;上海蓝滨石化设备有限责任公司;上海蓝滨石化设备有限责任公司;上海蓝滨石化设备有限责任公司【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5板式换热器是一种高效紧凑的换热设备,其应用几乎涉及到所有的工业领域,且其类型、结构和使用范围还在不断发展,因此人们纷纷对板式换热器内流动状态和换热机理展开研究[1]。
在板式换热器的换热过程中,流体的流动状态、流动方向、流量大小、流程组合等影响着换热的进行,影响着实际的换热系数的大小[2-4]。
对于板式换热器而言,板型的优化设计是保证其产品换热效率,减少加工成本的关键,因此分析研究板间流体流动对研究板式换热器的换热效果具有重要的意义。
目前在工程应用方面,对于板式换热器的换热效果,比较常见的测定方式就是试验。
但是采用试验方法存在着时间长、成本高、试验条件有限等问题,对于比较大型的板式换热器这些问题尤为突出。
随着CFD技术的发展和日趋成熟,使得对于流体内部温度场、压力场以及速度场分布的研究变得可行[5-8]。
本文利用Fluent软件,采用了3种湍流模型,模拟了公司自主研发的无触点板片接触侧的流体流动的情况,并将模拟结果与试验结果进行对比。
通过与试验结果的对比,最后确定模拟长薄结构型板片并采用相对适合的湍流模型。
基于FLOW-3D软件的旋流起旋室水力特性数值模拟
基于FLOW-3D软件的旋流起旋室水力特性数值模拟丁晓唐;徐大雷;朱峰【摘要】文章采用FLOW-3D软件,通过RNGk-ε模型和volume of fluid (VOF)方法相结合,实现了竖井水平旋流泄洪洞水力特性的三维水流流场数值模拟;对开敞式进水口轴线与旋流洞轴线交角不同时起旋室的压强分布、旋流角和紊动能等水力特性进行了对比分析研究,数值模拟能够客观地反映起旋室旋流的流场特性,成果可为旋流溢洪道的研究应用提供参考.【期刊名称】《三峡大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(038)003【总页数】4页(P11-14)【关键词】VOF方法;k-ε紊流模型;水平旋流;紊动能;三维数值模拟【作者】丁晓唐;徐大雷;朱峰【作者单位】河海大学土木与交通学院,南京 210098;河海大学土木与交通学院,南京 210098;河海大学土木与交通学院,南京 210098【正文语种】中文【中图分类】TV133竖井溢洪道由进水口、竖井、起旋室及旋流洞等组成,竖井溢洪道结构体型如图1所示.水流从进水口进入竖井,竖井段设置的折坎使水流在下泄的过程中卷入大量的空气,使得竖井段的含气量增加,可以有效减少水流对竖井壁的空蚀,有利于保护建筑物结构,并且可以改善水流流态,减少由于水流紊动造成竖井的振动,减少了由于振动对结构造成损害.对于旋流的研究主要是通过水工模型试验[1-3],但试验模型通过存在一定的缩尺效应,且无法直接量测内部流动参数;随着对于紊流模型研究的不断深入,数值模拟[4-7]逐渐成为研究竖井水平旋流的新技术.本文通过FLOW-3D软件,分别建立进水口轴线与旋流洞轴线交角分别为0°、45°和90°时的水平旋流消能溢洪道三维模型,计算了不同交角时起旋室的压强分布、旋流角和紊动能等水力特性.1.1 VOF方法对于带有自由液面的水流在数值模拟计算中,通常使用Volume of Fluid(VOF)[8]法.VOF法可以处理变化复杂的水流自由表面,对于较为复杂的气液二相流而言,其基本思想是:定义函数αw(x,y,z,t)和αα(x,y,z,t)分别代表计算区域内水和气占计算区域的体积的相对比例.其中:αw=1,该单元完全为水;αw=0,该单元完全为气;0<αw<1,该单元部分为水,部分为气,具有自由面;本文研究进行的是竖井溢洪道旋流三维大尺度流动数值计算,采用VOF法是适合的.计算体积函数F表达式:式中,ui代表x,y,z方向的流速分量,F是体积函数,xi为坐标分量,Ai代表FLOW-3D软件的x,y,z 3个方向FAVORTM面积函数,VF为体积分数,由FLOW-3D软件在建模时定义.1.2 紊流模型在FLOW-3D软件中,对于紊流模型主要是应用标准k-ε模型、RNGk-ε模型,以及Realizable k-ε模型,本文选取适用于处理流线弯曲程度较大的流动的三维水流RNGk-ε紊流模型[9-10],控制方程如下.连续性方程:动量方程:紊动动能k方程:紊动能耗散率ε方程:三维坐标系中:X轴方向与进水口流速方向相反,从进水口至起旋室,总长大约在38 m;Y轴方向为旋流洞水平流速方向,从起旋室至旋流洞出口断面总长约80 m;Z轴方向与水流的重力方向相反,从顶部至起旋室底部,总高约109 m.2.1 网格划分竖井溢洪道开敞式进水口堰面和起旋室体型复杂,结构极不规则,由于该段体型存在复杂部位,在网格划分时应特别注意.Flow-3D软件是以矩形网格单元来描述模型的几何外形,它提供了均匀性(Uniform 26 Meshes)和非均匀性(Non- uniform Meshes)两种网格形式.本文模型采用均匀性的正立方体网格,网格单元大小为0.25 m×0.25 m×0.25 m,共产生5 392 138个网格单元.划分网格后利用FAVOR功能查看竖井溢洪道结构,对外形出现不规则形状处进行局部加密.2.2 边界条件竖井溢洪道竖井段(mesh block 1)的边界条件设定为:上游开敞式进水口边界Y-Max为压力边界(Specified pressure),在进水口处设置流体域,水位高度设为108 m(即校核工况H=2 008 m);边界Z-Max为顶部空气入口,设定为Symmetry边界;边界Z-Min为连续边界(Continuative),此处边界与mesh block 2的边界Z-Max相连接;边界X-Max,X-Min,Y-Min为固壁边界(Wall).起旋室内及旋流洞(mesh block 2)的边界条件设定为:起旋室端部设有通气孔,故设置边界X-Min为流速边界(Specified velocity),通气流速为60 m/s;旋流洞出口部分边界X-Max设置为出流边界(Out flow);边界Z-Min为连续边界(Continuative),此处边界与mesh block 1 的边界Z-Min相连接;边界Y-Max,Y-Min,Z-Min为固壁边界(Wall).模型边界条件设定如图2所示.3.1 压强分布图3~5为3种交角下起旋室断面压强分布,从图中可以看出0°和45°时压强分布较为一致,90°时起旋室压强较大;在离心力作用下起旋室内水流形成旋转流,盲段设有通气孔向起旋室通入空气,使水流在起旋室内形成有稳定空腔的旋转流,含气量的增加也可以有效减少流体、减少起旋室和旋流洞的空蚀.通过图3、图4和图5对比可知,交角为0°、45°和90°时3种体型压强最大值发生均在起旋室底部位置处,分别为792.6、798.3和815.1 MPa,3种体型交角为90°时起旋室底部所受压强值最大;交角为0°和45°旋流中部为负压,而在交角为90°时明显在旋流中部产生了空腔,这有利于水流掺气从而减少水流对结构的空蚀破坏;不同交交角时的压强分布规律相似,表现为由旋流中心至壁面逐渐增大的趋势;变化,沿程也受轴向断面尺寸的影响.因起旋室内的旋流以切向运动为主,故该段壁面压强值最大;起旋室洞底压强比洞顶压强大,这是由于作用于旋流上的质量力有重力和离心力,二者的作用方向在旋流的底部相同,在旋流的顶部相反,因此同一轴向面上环向各点的压强存在一定的差异,旋流的顶部压强最小,底部压强最大,左右两侧压强大致相当,但也存在较小差异.3.2 旋流角空腔旋流的实际水流速度方向与水平轴向流动速度方向之间的夹角称为旋流夹角[11].旋流夹角α的表达式为:则空腔环流的流速夹角:式中,Vθ为切向速度,Vx为轴向速度.图6是校核工况下起旋室水流的旋流角沿Y轴正向变化曲线.从图中可以看出在桩号0+216 m处旋流角接近90°,说明此处只有切向流速,轴向流速很小;3种工况下旋流角沿Y轴正向是沿程逐渐减小的,交角为0°和45°时旋流角在起旋室变化幅度比较大;在相同桩号处交角为90°旋流角最大,0°时最小,这说明交角为90°产生了较大切向流速而轴向流速却相对更小.3.3 紊动特性紊动能衡量流体紊动物理量,在紊动能较大处,水流湍动剧烈,流体之间相互碰撞产生较大的能量损失.图7绘出了不同交角时旋流室横断面沿X向紊动能变化情况,数值模拟结果表明左侧水流的紊动能较右侧大,表明在这些区域内时均流为紊流支出的能量较多,能量损失较大;同时,水流旋转运动时离心力加大了旋流与壁面的摩擦力,因此水流在起旋室壁面紊动能出现新高;45°和90°时紊动能分布情况基本一致,根据紊动能在起旋室的分布情况及3种角度下沿径向的紊动能大小可以得知,在0°时起旋室横断面的紊动能更大,此时的能量损失更大.本文采用RNG k-ε紊流模型结合VOF自由表面处理的方法,对竖井进流水平旋流溢洪道起旋室的水力特性进行了数值模拟,计算得到了压力分布、旋流角和紊动能等水力特性,分析了不同角度时对起旋室上述各个水力特性的影响.得出结论如下:采用RNG k-ε紊流模型计算起旋室的水力特性的效果较好,能真实地反映出起旋室旋流的内部流动和参数的分布规律;相同位置处的旋流角随着交角增大也依次增大;交角为0°、45°和90°时压力分布基本一致;0°时起旋室紊动特性好,能量损失大,消能效果好.【相关文献】[1] 巨江,卫勇,陈念水.公伯峡水电站水平旋流泄洪洞试验研究[J].水利发电学报,2004,23(5):88-91.[2] Nan Junhu, Niu Zhengming, Hong Di, et al. Study on Hydraulic Characteristics of Horizontal Spiral Flow in the Gongboxia Discharge Tunnel[J]. Journal of Hydroelectric Engineering,2013,32( 3) : 101-107.[3] Chen Huayong, Xu Weilin, Deng Jun,et al.Theoretical and Experimental Studies of Hydraulic Characteristics of Discharge Tunnel with Vortex Drop[J].Journal of Hydrodynamics,2010,22( 4) : 582-589.[4] 张晓东,刘之平.竖井旋流式泄洪洞数值模拟[J].水利学报,2003,8(8):58-63.[5] 杨朝辉,吴守荣,余挺,等.竖井旋流泄洪洞三维数值模拟研究[J].四川大学学报:工程科学版,2007,39(2):41-46.[6] 付波,牛争鸣,李国栋,等.竖井进流水平旋转内消能泄洪洞水力特性的数值模拟[J].水动力学研究与进展,2009,24(2):164-171.[7] 程庆迎.竖井进流水平旋转内消能泄洪洞试验研究与数值模拟[D].西安:西安理工大学,2004:63-65.[8] 李玲,陈永灿,李永红.三维VOF模型及其在溢洪道水流计算中的应用[J].水利发电学报,2007,26(2):83-87.[9] 王福军.计算流体动力学分析[M].北京:清华大学出版社,2004:83-92.[10] 包中进,王月华.基于FLOW-3D软件的溢洪道三维水流数值模拟[J].浙江水利科技,2012(2):5-9.[11] 李奇龙,牛争鸣,王捷,等.基于准自由涡分布的阻塞旋流泄洪洞流场分析[J].四川大学学报:工程科学版,2014,46(5):49-57.[12] 孙一,赵小娥,王协康,等.弯道水流对下游回水响应特征试验研究[J].水科学进展,2010,21(5):600-605.。
管式空气预热器的气流分布模拟
平均值:5.189m/s均方根:0.78
图3添加导流板及分布板的示意图
图4添加了烟气均布装置后空气预热器中的速度云图
表2加了烟气均布装置后空气预热器中的图4和表2可以得出,当添加了适当的导流板及分布板之后,进入到空气预热器中的烟气分布情况得到了很大程度地改进。从整体来看分布比较均匀。从均方根值也可以看出,0.19远小于国标要求的0.25,完全符合气流均布性的要求。
管式空气预热器的气流分布模拟
摘要:管式空气预热器的一般结构是烟气在管内纵向流动,空气在管外横向流动,烟气热量通过金属壁面传给空气。因此,在管外流动的空气在管外横截面的流动均匀性直接影响到金属管外的摩擦,如果分布不均匀会导致金属管外壁磨损情况不同,有的地方摩擦比较严重,在使用过程中这部分金属管壁会先破损,影响管式空气预热器的正常使用。所以,在设计前期对空气预热器的结构进行数值模拟,预先考虑金属管壁的磨损状况是非常必要的。
3.2添加气流均布装置
根据未添加气流均布装置时空气预热器中的气流流动情况,我们在进风口处添加几块导流板,并在进风口接近加热管处添加一块分布板,使气流流动均匀,从而不会使金属管壁产生磨损不均的现象。
图3为添加导流板及分布板的示意图。图4为添加了烟气均布装置后空气预热器中的速度云图。表2为添加了烟气均布装置后空气预热器中的速度值。
FLUENT软件包含基于压力的分离求解器、基于压力的耦合求解器、基于密度的隐式求解器、基于密度的显式求解器,多求解器技术使FLUENT软件可以用来模拟从不可压缩到高超音速范围内的各种复杂流场。FLUENT软件包含非常丰富、经过工程确认的物理模型,可以模拟高超音速流场、转捩、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工等复杂机理的流动问题。[1]
空冷单元风机出口导流板优化的数值模拟
空冷单元风机出口导流板优化的数值模拟
程友良;任泽民;胡宏宽;丁丽瑗
【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2015(042)001
【摘要】空冷单元结构的优化对于提高空冷凝汽器的换热效果有着重要意义.针对600 MW直接空冷凝汽单元的典型结构,建立了在风机出口安装弓形导流板的空冷单元物理模型.为了对被安装导流板的倾角和宽度进行优化,利用FLUENT软件对加装不同倾角和不同宽度导流板的空冷单元内部流场分别进行了数值模拟,分析了导流板不同倾角和宽度对内部空气流动和传热特性的影响,得到了在该单元中加装弓形导流板的最佳倾斜角度和最佳宽度,为空冷单元结构的优化设计提供一定的参考依据.
【总页数】6页(P85-90)
【作者】程友良;任泽民;胡宏宽;丁丽瑗
【作者单位】华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定071003
【正文语种】中文
【中图分类】TK264.1
【相关文献】
1.导流板布置方式对空冷单元流场影响的数值模拟 [J], 黄鹤;查伯宇;洪文鹏
2.圆台形空冷单元导流装置优化数值模拟研究 [J], 程友良;张宁
3.空冷单元风机出口加装结合形导流板的数值模拟 [J], 程友良;任泽民;丁丽瑗
4.直接空冷单元内加装一种导流装置的数值模拟 [J], 周兰欣;孙会亮;马士英;惠雪松
5.加装导流板对直接空冷单元换热的影响 [J], 丁晓敏;程金明
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科技 创 新与应 用 l 2 0 1 3 年 第3 1 期
科 技 创 新
L H5 1 4 E电动铲运机在国内矿山的首次应用
储 茂 峰 任 乐 超 孔 令 磊 王 建 波
( 安徽开发矿 业有 限公 司, 安徽 霍邱 2 3 7 4 0 0 )
摘 要: 山特 维 克公 司生 产 的 L H 5 1 4 E六 立 方 电动 铲 运 机 首 次进 入 中 国 , 并 成功 在 安 徽 开发 矿 业 实现 了应 用 , 该 车控 制 系统 采 用模 块化 微 电脑 处理 器 , C A N总 线等 先进 技 术 , 各种 传 感 器保 护 齐全 , 整 车设 计 合理 , 故障率, 出矿 效 率达 8 0万吨/ 年。 关健词: L H 5 1 4 E 电动 铲运 机 ; V C M 车辆 管理 系统 ; 地 下硬 岩铁 矿 应 用
9 9 7 0 3
6 1 7 2 1 8. O O
L 9 9 1 . 3 5 2 . 3 1 2 . 1 4
2 0 1 2 4 0 4 6 6 4
3 L
1 8 7 0 3 5 9 5 9 8 9 9. 0 0 1 5 9 4 9 4 7 0 8 3 1 4. O 0 1 4 4 O 9 5 6 6 9 0 4 0 . O 0
L H 5 1 4 E在作业时每 台都单独使用一只变压器( 1 0 0 0 0 V / 1 0 0 0 V / 4 0 0 K V A 1 及 配 电柜 、 电度 表 , 准确 记 录每 台耗 电情况 。A C Y 一 3 L耗 油 情 况 每班 也 有 专项 记 录 。六 立 方 电动 铲 运机 单 吨能 耗 0 . 3 2 元/ t , 三 立 方 柴油 铲运 机 0 . 5 2元/ t 。 铲运机运行费用主要包括备件 、 材料 、 能耗等费用。 两种铲运机 运 行 费 用 比较 见 表 2 , 可见 L H 5 1 4 E 运 行费 用 低 于 A C Y 一 3 L , 2 0 1 1 年 由于首次使用改铲运机 , 电缆和轮胎损耗较高 , 所 以材料备件 费用 用较高。目前 电动铲运机的材料 、 备件仍是进 口, 下一步实行 电缆 、 轮胎和部分备件的国产化改造 , 材料备件费用还有很大下降空间。 表 2 两种 铲 运机 运行 费用 比较
铲运 机 年 份 备件 费 用 材 料 费用 能 耗 费用 累 计 元 吨矿 成本 型 号 兀/ t
L H 51 4 E A C Y
一
2 0 1 1
2 6 5 4 1 2
2 5 2 1 0 3 3 6 8 2 0 0 2 5 4 6 2 0 2 4 8 7 0 5 2 0 0
2 0 1 2 2 7 6 2 4 0
2 _ 3 故 障率 L H 5 1 4 E 在两年的试用中, 故障率很低 。 两种铲运机有关故障时 间 比较 L H 5 1 4 E 的主要传动件, 如变速箱 、 变矩器等, 均选 用 D A N A 公司产 品, 电器元件大多数是 A B B和 A — B公 司产品 , 液压件也都是 世界著名厂家的产品。所 以, L H 5 1 4 E无故障时间较长, 检修保养时 间显然要 比 A C Y 一 3 L少 得 多 , 故 障 停 机 率 很 低 。在 使 用 过 程 中 , L H 5 1 4 E 也 暴 露一 些 常 见 小 故 障 , 如 电压 监 测 A 6 0 1 容易坏 ; 配 电箱 防尘 效 果不 好 。 2 . 4 环 境效 益 袁 1两种 铲运 机 生 产主 要指 标 铲运机 的环境指标 主要是指司机驾驶室内的噪声及温度高低 。 由于测 试装 备 暂未 到 货 , 没 有详 细 数 字 。但 是 电 动铲 运 机 完全 杜 绝 铲{ 垂 棚 年份 年产 作业时 生产台 出矿 台 班 啐 小嗣产量 单程平 均 单程转 大大改善了职工作业环境 。热量产生量也 大大 型号 量t I 班个 车数 t / 班 t / h 涵 弯数个 了尾气油烟的污染 , 低 于燃 油 铲运 机 。 U 加l r 1 3 1 0 2 5 6 l 3 5 4 3 3 6 2 2 1 6 1 9 2 3 2 2 9 1 o o 2 石1 4 E 目前 ' 由于受 生 产 安排 和 组 织 的 限 制 , L H 5 1 4 E 的 生 产效 率 还 未 2 0 1 2 7 1 2 朗0 2 5 4 0 6 3 3 4 4 5 4 0 1 1 2 5 2 8 0 1 0 0 2 全部发挥出来, 我们的 目标是朝台年产量 9 0万吨 目标努力。 A C r 2 0 1 1 3 0 6 7 2 0 2 2 7 2 5 6 8 4 3 2 0 5 5 4 o 1 3 5 1 0 6 2
引言 安徽 开 发矿 业 为 了完成 年 产 7 5 0 万 吨原矿 的生产 指 标 , 2 0 1 0年
2 . 2 能 耗
率先引进 了瑞典 S A N D V I K公司生产的 L H 5 1 4 E 电动铲运机 , 并成 功 在 硬 岩 铁 矿 实现 了应 用 ,这是 国 内该 车 型 的 首 次 引进 并 成 功 应 用, 该车采用 V C M车辆管理 系统 , C A N总线数据传输 , 模块化数据 处理 , 保护齐全 , 出矿效率达 8 0万吨/ 年, 且故障率很低 。该文介绍 L H 5 1 4 E电动铲运机的整体结构, 技术参数 , 以及使用过程 中遇到的 问题 , 整改优化 , 以资后续矿山设备选型作为参考。 安徽 开 发 矿业 是 中 国五 矿邯 邢 矿 山管 理 局 的重 点 项 目 , 力 争建 设 国 内一 流 。 国际 先 进 的 现 代 化 矿 山 , 设计生产能力 7 5 0万 吨, 年。 我矿 山采 用 高 溜井 , 无 砥 柱 的采 矿 方 法 , 从一 3 0 0 水平开始 , 2 5 米 一 个分 层 , 分 4级 崩 落 , 集 中到 一 4 0 0 水 平 出矿 , 再 由低 溜 井 , 由一 4 0 0放 矿 到一 4 2 5 水 平 。这 种集 中 出矿 的采 矿 工 艺 适 合 了 电动 铲 运 机 的 特 点, 发 挥 了电动 铲运 机 短距 离 运输 的优 势 。 ’ 依 据 矿 山发 展规 划 , 于2 0 1 0年引 进 芬 兰 山特 维 克 ( S A N D V I K ) 公 司生 产 的 L H 5 1 4 E 六 立 方 电动 铲运 机 。 1 2 0 1 1 年开始在吴集、 李楼两个采 区车间各使用一台电动铲运 机进 行 出矿 作 业 。 在试 用 中对 L H 5 1 4 E有 关 的技 术 性能 进行 了测试 , 对 试验数据进 行 了详细记 录. 经过 2 0 1 1 、 2 0 1 2两年 的运行,证 明 L H5 1 4 E 电动铲运机与我矿 目前正普遍使用 的 A C Y 一 3 L型柴油 铲 运机相 比, 性能先进, 故障率低, 生产效率高, 单吨矿成本低 。 2试 用 测 定数 据 2 . 1产 量 与效 率 从 台班效 率 看 , L H 5 1 4 E比A C Y 一 3 L高 出一 倍 多 , 见表 1 。2 0 1 1 年 因 受 生产 条 件 的限 制 L H 5 1 4 E 的生 产 台班 和作 业 时 间大 大 低 于 A C Y 一 3 L 。2 0 1 2 年仍然受运输系统的影响 , 并未满负荷出矿, 但仍达 到7 1 万 吨的出矿量 , 预计正常生产可达年产 9 0 万吨。