凝汽器汽相流动与传热特性的数值模拟

论文摘要

作为汽轮机发电机组的重要辅机之一,凝汽器工作性能的好坏对整个机组的安全性与经济性有十分重要的影响。由于凝汽器尺寸大,几何结构、内部蒸汽流动和凝结换热过程复杂,数值模拟的方法已经成为研究凝汽器内部流动和传热特性的重要手段之一。本文通过对复杂物理模型的简化,采用计算流体力学软件FLUENT所提供的多相流欧拉模型和标准κ-ε两方程模型作为计算模型,建立非稳态问题的离散方程,应用压力修正的SIMPLE算法进行求解。本文运用上述数值模型对一些简单几何模型凝结换热进行了二维模拟,得到了蒸汽通道速度分布、凝结液分布。通过模拟结果与实际现象的对比,说明模拟结果是正确的,也验证了上述数值模型的合理性。本文运用上述数值模型对凝汽器的流动和传热特性进行了二维数值模拟,根据得到的模拟结果,发现该凝汽器结构不合理,出现了蒸汽通道短路现象,对此,本文提出了相应的改进措施,并对改进后的凝汽器进行了二维数值模拟,得到了壳侧汽相的速度、压力分布,管束区的温度、换热系数和凝结液分布。另外,本文对凝汽器内典型管排的热流密度分布作了较为详细的分析。本文还对凝汽器进行了两组不同工况工作特性的模拟与分析,详细解释了凝汽器在不同工况下的汽相流动与传热过程,为凝汽器不同工况运行时可能出现的问题提供了一些有用的信息。最后,本文对凝汽器进行了三维流场的数值模拟,得到了壳侧和管束区的流场分布,为进一步计算提供了有益的信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.1.1 凝汽设备的组成和作用
• 1.1.2 凝汽器在电厂中的重要性
• 1.2 凝汽器研究的主要方法
• 1.2.1 凝汽器的工作特点
• 1.2.2 实验研究方法
• 1.2.3 数值模拟方法
• 1.3 国内外凝汽器模拟现状
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 数值计算基础和模型介绍
• 2.1 CFD概述
• 2.1.1 CFD适用范围
• 2.1.2 CFD优缺点
• 2.1.3 FLUENT介绍
• 2.2 基于有限体积法的控制方程离散
• 2.2.1 有限体积法及其网格介绍
• 2.2.2 常用的离散格式
• 2.3 压力修正SIMPLE算法
• 2.4 标准k-ε两方程模型
• 2.5 非稳态问题的离散方程
• 2.5.1 一维问题
• 2.5.2 二维问题
• 2.5.3 三维问题
• 2.5.4 非稳态流场的计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 多相流欧拉模型基本理论
• 3.1 欧拉模型理论
• 3.1.1 欧拉模型概述
• 3.1.2 欧拉模型体积分数
• 3.1.3 欧拉模型守恒方程
• 3.1.4 欧拉模型液-液相间交换系数
• 3.2 多相流模型的选择
• 3.2.1 多相流动模式
• 3.2.2 多相流模型选择的基本原则
• 3.3 本章小结
• 第4章 简单模型二维数值模拟
• 4.1 管内凝结实例
• 4.1.1 网格划分及计算模型
• 4.1.2 模拟结果分析
• 4.2 管束区内设有抽气口的实例
• 4.2.1 网格划分及计算模型
• 4.2.2 模拟结果分析
• 4.3 抽气口在壳体底部的实例
• 4.4 冷却管排列方式对凝结液分布影响实例
• 4.4.1 冷却管呈正方形直列
• 4.4.2 冷却管呈正方形错列
• 4.5 本章小结
• 第5章 凝汽器二维数值模拟
• 5.1 物理模型的简化
• 5.2 网格划分及计算模型
• 5.3 模拟结果分析
• 5.4 模型改进后汽相流动与传热特性
• 5.5 典型管排热流密度分析
• 5.6 不同工况汽相流动和传热特性
• 5.6.1 定壁温变进气量
• 5.6.2 变壁温定进气量
• 5.7 本章小结
• 第6章 凝汽器三维流场的数值模拟
• 6.1 网格划分及计算模型
• 6.2 模拟结果分析
• 6.3 模型改进后三维流场模拟
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录