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江西快三

2020
06/20
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上海斐卓噴霧Feizhuo 講師姓名 江西快三 2020年6月20日 脫硝噴槍 CFD模擬試驗選型 一.認識CFD CFD是英文Computational Fluid Dynamics(计算流体动力学)的

上海斐卓噴霧Feizhuo

講師姓名

江西快三

2020年6月20日

 

脫硝噴槍CFD模擬試驗選型

一.認識CFD

CFD是英文Computational Fluid Dynamics(计算流体动力学)的简称。它是伴随着计算机技术、数值计算技术的发展而发展的。简单地说,CFD相当于"虚拟"地在计算机做实验,用以模拟仿真实际的流体流动情况。而其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程,得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布,从而近似模拟流体流动情况。可以认为CFD是现代模拟仿真技术的一种。

二.爲什麽用CFD

     CFD具有成本低、速度快、资料完备且可模拟各种不同的工况等独特的优点,故其逐渐受到人们的青睐。CFD方法具有不可比拟的优点,且由于当前计算机技术的发展,CFD方法的计算周期和成本完全可以为工程应用所接受。尽管CFD方法还存在可靠性和对实际问题的可算性等问题,但这些问题已经逐步得到发展和解决。

三.什麽是CFD

         什么是CFD?简单地说,CFD就是利用计算机求解流体流动的各种守恒控制偏微分方程组的技术,这其中将涉及流体力学(尤其是湍流力学)、计算方法乃至计算机图形处理等技术。

因问题的不同,CFD技术也会有所差别,如可压缩气体的亚音速流动、不可压缩气体的低速流动等。对于烟气冷却领域内的流动问题,多为低速流动,流速在10m/s以下;流体温度或密度变化不大,故可将其看作不可压缩流动,不必考虑可压缩流体高速流动下的激波等复杂现象。从此角度而言,此应用范围内的CFD和数值传热学NHT(Numerical Heat Transfer)等同。另外,烟气冷却领域内的流体流动多为湍流流动,这又给解决实际问题带来很大的困难。由于湍流现象至今没有完全得到解决,目前HVAC内的一些湍流现象主要依靠湍流半经验理论来解决。

總體而言,CFD通常包含如下幾個主要環節:建立數學物理模型、數值算法求解、結果可視化。

 

3.1建立數學物理模型

建立數學物理模型是對所研究的流動問題進行數學描述,對于煙氣冷卻工程領域的流動問題而言,通常是不可壓流體的粘性流體流動的控制微分方程。另外,由于暖通空調領域的流體流動基本爲湍流流動,所以要結合湍流模型才能構成對所關心問題的完整描述,便于數值求解。

如下式爲粘性流體流動的通用控制微分方程,隨著其中的變量f的不同,如f代表速度、焓以及湍流參數等物理量時,上式代表流體流動的動量守恒方程、能量守恒方程以及湍流動能和湍流動能耗散率方程。基于該方程,即可求解工程中關心的流場速度、溫度、濃度等物理量分布。

 

3.2數值算法求解

上述的各微分方程相互耦合,具有很强的非线性特征,目前只能利用数值方法进行求解。这就需要对实际问题的求解区域进行离散。数值方法中常用的离散形式有:有限容积,有限差分,有限元。目前这三种方法在烟气冷却工程领域的CFD技术中均有应用。总体而言,对于烟气冷却领域中的低速,不可压流动和传热问题,采用有限容积法进行离散的情形较多。它具有物理意义清楚,总能满足物理量的守恒规律的特点。离散后的微分方程组就变成了代数方程组,表现为如下形式 可见,通过离散之后使得难以求解的微分方程变成了容易求解的代数方程,采用一定的数值计算方法求解式表示的代数方程,即可获得流场的离散分布。从而模拟关心的流动情况。

 

3.3結果可視化

上述代數方程求解後的結果是離散後的各網格節點上的數值,這樣的結果不直觀,難以爲一般工程人員或其他相關人員理解。因此將求解結果的速度場、溫度場或濃度場等表示出來就成了CFD技術應用的必要組成部分。通過計算機圖形學等技術,就可以將我們所求解的速度場和溫度場等形象、直觀地表示出來。如下圖2所示即爲某會議室側送風時的速度場和溫度場。其中顔色的暖冷表示溫度高低,矢量箭頭的大小表示速度大小。可見,通過可視化的後處理,可以將單調繁雜的數值求解結果形象直觀地表示出來,甚至便于非專業人士理解。如今,CFD的後處理不僅能顯示靜態的速度、溫度場圖片,而且能顯示流場的流線或迹線動畫,非常形象生動。

四.應用案例

工程案例:保定市某發電廠2×150MW機組煙氣SNCR脫硝工程

運用CFD技術尋找合適的SNCR脫硝反應溫度窗口位置,以及模擬還原劑與煙氣的混合情況,對SNCR脫硝系統的噴槍設計進行優化選型(脫硝噴槍形式、噴射角度和噴射速度等),爲工程設計提供參考依據。

優化前,布置8支脫硝噴槍,還原劑霧滴蒸發所需時間較長,氨濃度分布不均,偏向一側,脫硝效率低;優化後,增加4支噴槍,還原劑霧滴蒸發所需時間有所縮短,氨濃度分布均勻,有利于提高脫硝效率。

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