基于CFD的蒸汽表面式凝汽器的运行与优化研究

发布时间：2017-07-02 15:02

  本文关键词：基于CFD的蒸汽表面式凝汽器的运行与优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：凝汽器是影响汽轮发电机组经济运行的重要辅助设备,数值模拟研究凝汽器运行特性,是优化凝汽器设计和运行的有效途径。但目前凝汽器的数值模拟均以水侧均匀流动为前提,主要集中于汽侧的传热与流动分析。本文旨在通过对大型电站表面式凝汽器的热力性能进行汽水耦合的CFD数值模拟,确定冷却水温度、流量分布对壳侧的流动、传热特性的影响,为凝汽器的设计和优化提供参考。本文在凝汽器水侧数值模拟中,提出了缩短管长的等效阻力简化多孔介质模型,有效避免了管束区域多孔介质模型的冷却水横向扩散。在此基础上建立凝汽器水侧三维CFD模型；在壳侧的数值模拟技中,采用多孔介质模型简化壳侧管束区域,引入分布质量汇、阻力汇模型模拟汽、气混合物在管束区内的传热及流动过程,建立了凝汽器壳侧二维CFD模型。本文基于平面插值法,提出了蒸汽表面式凝汽器汽、水两侧物理场耦合的数值模拟计算方法,由水侧数值模拟所得的管束区域网格离散水速,建立空间坐标下入口管板二维水速分布模型,并在此模型下注入到汽侧管束区域的离散网格中,由此实现汽、水侧不同物理场的信息交互。基于Fluent CFD软件平台,开发了汽、水侧耦合计算相关的自定义函数。本文最后基于所开发的凝汽器水侧和水、汽侧耦合算法,对亚临界600MW汽轮机凝汽器建立了CFD模型,对不同凝结负荷、不同冷却水进口温度的凝汽器运行特性模拟计算,揭示了内部蒸汽速度场、压力场、温度场和凝结负荷与不凝结气体浓度分布,探讨了冷却水流量分布对凝汽器运行特性的影响,取得了更接近于实际的模拟结果。
【关键词】：ANASYS Fluent 表面式凝汽器 汽水耦合 数值模拟 多孔介质模型
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM621
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题背景与研究意义9-10
• 1.2 研究现状10-12
• 1.2.1 凝汽器实验研究法10
• 1.2.2 凝汽器数值模拟方法10-12
• 1.3 研究内容12-14
• 第二章 凝汽器数值模拟基本理论14-30
• 2.0 引言14
• 2.1 多孔介质模型原理14-16
• 2.1.1 多孔介质模型简介14-15
• 2.1.2 多孔介质模型控制方程15-16
• 2.2 凝汽器壳侧多孔介质模型16-25
• 2.2.1 凝汽器壳侧模型的简化及假设16-18
• 2.2.2 凝汽器壳侧多孔介质控制方程18-19
• 2.2.3 凝汽器多孔介质辅助方程19-23
• 2.2.4 抽气器特性23-25
• 2.3 凝汽器水侧多孔介质模型25-29
• 2.3.1 凝汽器水侧的简化与假设25-27
• 2.3.2 凝汽器水侧控制方程及辅助关系式27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 基于Fluent的蒸汽表面式凝汽器汽水耦合计算30-41
• 3.1 计算流体力学以及ANSYS Fluent简介30-32
• 3.1.1 计算流体力学简介30
• 3.1.2 计算流体力学优点30-31
• 3.1.3 ANSYS软件简介31-32
• 3.2 数值模拟在Fluent中的实现32-36
• 3.2.1 湍流模型32-33
• 3.2.2 控制方程离散方法33-34
• 3.2.3 求解方法34-35
• 3.2.4 UDF模块35-36
• 3.3 水侧流速分布与凝汽器壳侧数值模拟的耦合36-40
• 3.3.1 汽水耦合数值模拟主要步骤36-37
• 3.3.2 水侧数值模拟数据导出37-38
• 3.3.3 汽水耦合UDF程序38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 Westinghouse 600MW机组凝汽器汽水耦合数值模拟41-55
• 4.1 凝汽器结构与主要计算参数41-43
• 4.2 额定凝汽器水侧数值模拟43-47
• 4.2.1 凝汽器水侧几何结构及网格划分43-44
• 4.2.2 额定凝汽器水侧数值模拟结果及分析44-47
• 4.3 凝汽器额定工况汽水耦合数值模拟47-51
• 4.3.1 壳侧几何结构及网格划分47-51
• 4.4 凝汽器汽水耦合数值模拟与纯壳侧数值模拟对比51-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 凝汽器变工况汽水耦合数值模拟55-69
• 5.1 变冷却水入口温度凝汽器水侧数值模拟55-58
• 5.2 变冷却水入口温度凝汽器汽水耦合数值模拟58-65
• 5.3 变冷却水入口温度凝汽器性能优化65-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 本文主要工作与结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表论文及其他成果76

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1 易思强;基于CFD的蒸汽表面式凝汽器的运行与优化研究[D];东南大学;2016年

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