燃气-蒸汽联合循环发电余热锅炉烟道均流装置数值模拟与优化

燃气-蒸汽联合循环发电中燃气轮机与余热锅炉主体经常采用大扩张角过渡段连接,导致下游烟气流动不均匀,影响余热锅炉NOx选择性催化还原烟气脱硝效率。对此,提出通过布置三级导流板来改善烟道内烟气的流动均匀性,并采用计算流体力学模拟方法研究过渡段导流板布置形式、安装角度及布置密度等参数对烟道内烟气流动特性的影响规律。结果表明:未设置导流装置时过渡段出现明显漩涡,涡度可达20 m-1,导致烟气流动均匀性差;过渡段安装一级变倾角导流板可显著抑制漩涡的尺寸,安装二级变倾角导流板可显著改善过渡段内烟气流动均匀性,但是烟道后端烟气速度均匀性仍不高,安装三级导流板可同步改善过渡段和烟道内烟气流动均匀性,在换热模块三之后相对速度标准差系数降至2.1%。优化的导流板布置为:一级导流板水平投影长度2.25 m,间距1.20 m,角度15°~30°等差递增;二级导流板水平投影长度1.36 m,间距1.40 m,角度15°~60°等差递增;三级导流板长度0.70 m,间距1.00 m,水平安装。研究结果可为烟气均流装置的设计提供理论指导。

Lift enhancement of airfoil and tip flow control for wind turbine

Two techniques that improve the aerodynamic performance of wind turbine airfoils are described. The airfoil $809, designed specially for wind turbine blades, and the airfoil FX60-100, having a higher lift-drag ratio, are selected to verify the flow control techniques. The flow deflector, fixed at the leading edge, is employed to control the boundary layer separation on the airfoil at a high angle of attack. The multi-island genetic algorithm is used to optimize the parameters of the flow deflector. The results indicate that the flow deflector can suppress the flow separation, delay the stall, and enhance the lift. The characteristics of the blade tip vortex, the wake vortex, and the surface pressure distributions of the blades are analyzed. The vortex diffuser, set up at the blade tip, is employed to control the blade tip vortex. The results show that the vortex diffuser can increase the total pressure coefficient of the core of the vortex, decrease the strength of the blade tip vortex, lower the noise, and improve the efficiency of the blade.

某300MW燃煤锅炉脱硝系统流场优化

针对燃煤电厂目前SCR脱硝系统存在的烟道导流板设置不合理,造成反应器流场不均的问题,采用CFD数值模拟软件模拟研究了SCR脱硝系统内的烟气流动特性。优化了省煤器出口及喷氨格栅上游导流板,且在喷氨格栅下游新增氨烟扰流器。模拟结果显示,省煤器出口烟道纵截面速度分布相对偏差由36.89%降低至26.06%,喷氨格栅上游截面速度分布相对偏差由16.65%降低至8.65%,首层催化剂入口上游500 mm处的氨氮摩尔比分布相对偏差由8.78%降低至4.78%。优化后烟道内首层催化剂入口的速度场分布和氨氮摩尔比分布均满足SCR脱硝系统流场要求,为后续流场优化工程改造提供了指导依据。

烧结烟气循环罩漏风数值模拟

烟气循环技术是基于部分热废气被再次引入烧结过程的原理而开发的一种新型烧结模式,可以显著提高烧结余热利用率,降低污染物排放。本文利用CFD软件对某钢厂烟气循环系统的烟气罩进行了模拟,研究了导流板角度对料面压力、烟气循环罩的漏风率和烟气流动速度的影响。结果表明:漏风口流速过大,导致进入烧结料面风量降低,烟气在烧结料面氧含量相对较低,通过在远离进气口的漏风口处增加导流板,烧结料面的烟气流速增加,烟气分布更加均匀,即使导流板角度改变,料面风压基本不变;漏风率由10.071%降至3.932%;烟气流速与导流板角度成反比例关系,当导流板与烧结料面角度为31.37°时,烟气流速最高,为1.324 5 m/s,漏风率最低,仅3.932%。通过改变导流板与烧结料面的角度,增加了烟气流速和进入烧结料面的氧气含量,使烧结燃料地更加充分。

缝道几何构型对翼型气动特性的影响

为深入研究翼型开缝抑制翼型吸力面流动分离的被动流动控制技术,在探讨开缝依据的基础上,针对NACA 4421翼型设计了7种缝道构型,并给出了缝道构型之间的几何联系,对比分析了曲线、折线及直线3种形式的缝道对翼型失速的控制效果,发现曲线缝道能够显著提高翼型的最大升力系数和失速迎角;分析了曲线缝道构型升力系数“双峰”现象的机理,提出了一种新型导流片缝道构型,该构型利用“科恩达效应”能够全面改善基准翼型的失速特性,失速迎角推迟可达14°,最大升力系数提高122%,达到2.785,可为增升装置设计提供新的思路和参考。

Experiment and Large-Eddy Simulation on Free Air Jets Issuing from a Rectangular Nozzle with Deflectors

The purpose of the present study was to establish a passive flow control method for a rectangular jet using two types of deflectors installed symmetrically inside a nozzle. This deflector in a rectangular nozzle generates the rectangular coaxial jets. The effect of the slant angle of the deflectors on the flow characteristics and the spread of the rectangular jet was investigated experimentally and by large-eddy simulation. The experiment and the numerical simulation were carried out at a Reynolds number of 9000. The rectangular jet with no deflectors generates a vortex ring from the nozzle exit. The vortex ring collapses in the downstream region and the outline of the jet changes from rectangular to diamond-shaped as a result of the axis-switching phenomenon. The rectangular jet with divergent and convergent deflectors shows particularly noticeable changes in the flow characteristics and vortical structures, as compared to the case with no deflectors. In the case of the rectangular jet with divergent deflectors (slant angle of α = 6°), minor axis spread is promoted more than major axis spread, and axis switching occurs closer to the nozzle exit than that in the case of no deflectors. The outline of the jet also changes from lateral rectangular to vertical rectangular as a result of axis switching. On the other hand, in the case of a rectangular jet with convergent deflectors (α = -6°), minor axis spread is suppressed more than major axis spread, and axis switching occurs farther from the nozzle exit than that in the case with no deflectors. The outline of the jet does not change until the downstream region. Therefore, the spread and the axis-switching location for the rectangular jet can be controlled by the deflectors inside the rectangular nozzle.

某600 MW机组SCR脱硝系统导流装置设计与分析

氮氧化物排放标准日趋严格,煤电机组的脱硝系统需要升级改造。针对某600 MW煤电机组SCR脱硝系统的烟道流场,采用数值模拟分析方法,发现整流格栅下侧流场的横向分布不均匀程度较高,以第1层催化剂上方0.5 m处截面作为计算对象,速度偏差达到28.1%;为改善流场均匀性,设计了弧形导流板和圆柱导流杆两种导流方案。结果表明,弧形导流板优化效果有限,会造成紊流现象;圆柱导流杆优化效果较好,速度偏差降低至11.2%,且流线倾角较小,满足设计要求。最后对改善NH3相对浓度分布提出了建议。

高速列车底部导流板的气动减阻特性研究

为改善列车底部流场结构,进一步减低高速列车的气动阻力,基于底部导流的思想,设计了一种列车底部转向架舱前后位置布置、截面为三角形的导流板并开展其气动减阻特性研究.以300 km/h的速度明线运行的三车编组CRH380B型高速列车为研究对象,采用Realizable k-ε湍流模型,对4种典型的导流板安装位置进行探讨,并选择减阻效果最好的导流板安装位置,分别探究了5种角度和5种高度的不同组合下的导流板减阻特性差异,对比了安装导流板前后车体、转向架以及转向架舱上的阻力变化情况、压力分布变化情况以及转向架区域的流场结构变化情况.结果表明:仅在各转向架舱前双向开行的来流方向安装导流板时的减阻效果最佳;安装导流板后,车体、转向架舱上的气动阻力虽有所增加,但转向架上的阻力明显减少,转向架区域流速降低,前后压差减小,底部流场显著改善.同时发现,15°、100 mm组合的导流板减阻效果最佳,三车减阻率达7.08%.数值仿真证明了底部导流板能有效减小列车运行阻力.

导流板对青花椒堆积式烘干烘房内流场均匀性的影响

烘房内流场均匀性对青花椒烘干品质和能效提升具有重要影响.该文基于Realizable k-ε湍流模型和匀风板多孔跃升边界条件构建青花椒堆积式烘干烘房三维模型,并对三维模型网格无关性和模型可靠性进行验证.以导流板角度、导流板位置和导流板长度为试验因子,通过单因素试验确定BBD(Box-Behnken Design)试验因子水平,并通过方差分析得到各试验因子的影响程度,通过回归分析得到导流板最优参数.以原始烘房为对照,通过空载和加载试验得到导流板对青花椒堆积式烘干烘房内流场均匀性的定量评价.结果表明:建立的烘房三维模型具有较高的可靠性,空载和加载时监测截面基于模拟风速和实测风速的速度不均匀系数平均相对误差分别为3.65%和2.09%;导流板参数对烘房内速度不均匀系数影响显著性由大到小依次为导流板角度(极显著)、导流板长度(显著)、导流板位置(显著),导流板最优参数为导流板角度86.01°、导流板位置924.75 mm、导流板长度855.51 mm;导流板使烘房上部烘干区域形成2个子区间,有利于烘干区域流场均匀性提高;与原始烘房相比,优化烘房在空载和加载时的速度不均匀系数分别降低39.2%,20.1%,烘房内流场均匀性得到较大提升.

曲面溢流悬板倾角对排沙漏斗流场特性的影响

排沙漏斗的流场特性对其水沙分离性能具有决定性作用,为了探究曲面悬板的倾角对排沙漏斗流场特性的影响,利用大涡模拟和VOF相结合的方法,对曲面悬板倾角分别为5°、10°、15°时的排沙漏斗三维流场特性开展研究,并与相同进流量下排沙漏斗设置平面悬板时的流场特性进行对比。结果表明,采用曲面悬板可增大漏斗室内的涡流强度,减小低流速带的范围,倾角增加能提高空气涡的稳定性、增加空气涡的强度和尺寸,有利于水沙旋流分离;锥体区径向流速随倾角增加而增大,且基本指向漏斗中心,有利于泥沙快速输移至排沙底孔;曲面悬板表面溢出水流的流速大于平面悬板表面的流速,且倾角θ为15°时,悬板上流速最大。

电站锅炉尾部烟道流场优化研究与应用

对某电厂350 MW机组尾部烟道进行导流板局部降阻优化改造,通过实际改造工程案例,研究尾部烟道增设导流板措施后对流场及烟道阻力的影响效果。结果显示,通过在各转向烟道及变径段设置导流板,有效降低了烟道阻力,引风机电流降低,各运行参数正常,锅炉安全稳定运行,改造效果明显。改造后各电除尘烟道之间的烟气流量偏差明显变小,有效改善了电除尘器进口烟道流场分布均匀性。优化改造方案改造量小、灵活可靠、风险低,回收期短,工程投资收益率较好。

栅格型导流板对SCR反应器内流场影响特性分析

基于某水泥厂环保改造项目,对SCR反应器进行设计改造,应用计算流体力学软件对SCR反应器内流场进行数值模拟研究,前期获取大量实际运行数据,通过算法验证,本文使用的模拟方法具有可靠性,与实际较为吻合。随后,在比较分析不加装导流板反应器和原反应器(内置扇形导流板及多孔整流层)内流场的基础上,进一步研究了倒V型导流板+栅格整流层和栅格型导流板对SCR反应器内流场特性的影响,结果表明:栅格型导流板能有效改善流场均匀性,并且使得进入催化剂层的烟气速度偏差大大降低。

汽车底盘流场分析及优化

某车型在苛刻工况下(满载、高环境温度、高速),手动变速箱的机油温度达到150℃,而根据该产品属性签发要求,机油的正常工作温度应控制在130℃以下。本文应用计算流体力学(CFD)工具来模拟计算该车型底盘流场分布情况,分析油温过高的原因、找到问题的解决方案。底盘流场分析结果:由于发动机油底壳的遮挡,导致其后方的变速箱周围风速很小,造成壳体外表面与空气进行强制对流热交换不充分。为优化变速箱壳体尤其是油底壳附近区域流场,在横梁下方增加了一块引流式导流板,它能把横梁之下区域的高速气流引向变速箱油底壳周围。后经实车路试验证,该优化方案可以满足油温签发要求。

基于Fluent的空气监测装置内流场仿真研究

设计了一款空气监测装置,可安装于共享单车上。空气监测装置内部的传感器对流场有一定要求:传感器进风口对应的气流应为均匀分布的层流状态。为得到均匀的层流流场,先对内流场进行初步仿真,了解流场的分布状况。然后通过雷诺数计算出流场内的当量长度,根据当量长度对流场进行重新设计。将设计好的流场导入Fluent软件进行流体仿真计算来验证设计的准确性,由计算结果可知:所设计装置的内流场在工作状态下可以达到层流效果,满足设计预期。

导风板对空调风量及室内气流组织影响的研究

利用计算流体力学软件Star-CCM+,对四面出风嵌入式空调导风板在不同角度下的室内气流进行数值仿真,计算出各个出风口风量以及整体风量的大小,利用MATLAB采用数值拟合方法得出导风板角度与风量的数值关系,得出五次多项式能够准确描述风量与静态角度的关系;并通过对1.5 m高度平面的速度场与温度场仿真,得出导风板处于40°时,室内气流更能满足舒适性要求。

脱硫塔弯道导流板流场均化效果数值分析

从脱硫塔弯道结构特点和方便安装的角度出发,设计了弧形导流板和栅栏式导流板,在循环流化床烟气脱硫塔入口弯道以及塔底弯道处各添加与其结构适配的导流板,以降低由于烟气流动惯性产生的偏流。研究利用数值模拟方法,采用Standard k-ε湍流模型对添加导流板前后的塔内流场展开计算分析。结果表明,未添加导流板之前,烟气集中流向弯道外侧,相同截面烟气流量差异较大,通过外侧文丘里管的气流速度为69 m/s,而内侧文丘里管的流速是40 m/s,流量偏差系数值σr是0.358,流场均匀性指标不合格。增添了导流板后,烟气偏流现象缓解,内外侧文丘里管的气流速度均达到60 m/s以上,σr值下降为0.162,流场均匀性达到合格标准。弯道导流板优化方案提高了流场均匀性和烟气脱硫效率,以较低的结构变动代价实现了内部气道优化。

离心风机内部导流挡板结构优化设计

针对离心风机内部的导流挡板的3个结构参数,水平夹角θ、长度L、通孔直径D,采用响应面方法设计了不同参数组合的方案,并得到了2组优化方案;采用RNG k-ε湍流模型来模拟离心风机的内部流动;采用试验测试方法来验证离心风机的出风均匀性及噪声性能。结果表明:夹角θ对出风均匀性的影响最显著;优化方案1的出风均匀性及气动噪声性能最佳,此时θ=33.06°、L=43.33 mm、D=4.67 mm,出风口各测点的风速值标准差σ由初始方案的1.42降低至0.65,降幅54%;实测噪声值由初始方案的43.6 dB(A)降低至40.2 dB(A),降幅为7.8%。因此,优化导流挡板的结构参数可有效改善离心风机的内部流动状态,提升离心风机的出风均匀性及气动噪声性能。

加装导流板的舀勺式马铃薯播种机排种器性能分析与试验

马铃薯播种机排种器的投种角度、速度、高度以及种薯与土壤接触后的弹跳等对马铃薯排种器播种质量影响较大,针对上述问题,该文研制了舀勺式马铃薯排种器的投种结构,设计加装了导流板。通过对导流板的性能分析、种薯投种过程及种薯与沟底碰撞过程的运动学分析,确定了影响播种效果的因素;以主动轮转速、机组前进速度、投种高度为主要因素,株距变异系数、漏播率、重播率为试验指标进行田间试验,并进行了旋转正交试验回归分析。试验结果表明:经参数优化后的马铃薯排种器具有较好的播种质量,当主动轮转速为42 r/min、前进速度为1.2m/s、投种高度为640mm时,其株距变异系数平均值为12.5%、漏播率平均值为2.21%、重播率平均值为3.56%,其标准均高于传统的舀勺式排种器,播种效果提升显著(P<0.01)。该研究为马铃薯排种器技术进步提供了参考。

2种立式曲面缝翼式网板水动力学性能的试验研究

为通过调节导流翼偏角优化网板的水动力学性能,利用水槽模型试验测得2种立式曲面缝翼式网板各3种导流翼偏角状态下的升力系数（CL）、阻力系数（CD）和升阻比（K）。结果表明：1）对单缝翼立式曲面网板,冲角为20°~35°时,随着导流翼偏角的增大,网板升力系数和阻力系数均呈下降趋势。该冲角范围内,导流翼偏角为35°的网板（D1）具有较佳的水动力学性能;2）对双缝翼立式曲面V型网板,冲角为25°~35°时,前导流翼偏角为20°、中导流翼偏角为25°的网板（S3）具有较佳的水动力学性能。根据试验结果,建议D1网板最佳工作冲角范围为15°~30°,此时CL〉1.2且K〉2.0;S3网板最佳工作冲角范围为20°~30°,此时CL〉0.8且K〉3.0。导流翼偏角增加时网板升力系数的临界冲角有增加的趋势,合理调节导流翼偏角可以达到优化网板水动力学性能的目的。

泵站前池导流板整流措施数值模拟研究

针对前池流场是具有强紊动的自由表面流动的特点,CFD数学模型应用VOF方法,采用Realizablek-ε的紊流模型。以导流板设置位置、倾斜角度与板下悬空高度为因子拟定多个数值试验工况,通过数值模拟分析比较整流效果,给出了较合理优化的导流板布置方案。