Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт – Энергетический

Направление – Энергетическое машиностроение

Кафедра – парогенераторостроения и парогенераторных установок

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИСЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТОПКЕ ПАРОВОГО КОТЛА Е-260-14.0-545

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

«Компьютерные технологии в науке и производстве»

Выполнил студент гр. 5ВМ41 __________ ______ Субботин Д. В.

Подпись Дата

Проверил ассистент ___________ ______ Хаустов С. А.

Подпись Дата

ТОМСК – 2014

Реферат

Курсовая работа 34 с., 10 рис., 2 табл., 12 источников.

Ключевые слова: численное моделирование, математическое моделирование, тощий уголь, горелки, топочная камера, паровой котёл, аэродинамика топочной среды, максимальная температура, скорость, концентрация кислорода.

Объектом работы является паровой котёл Е-260-14-545 КТ.

Цель работы – Численное исследование газодинамических процессов в топке парового котла.

В процессе работы проводились математическое моделирование объекта исследования, сравнение и анализ полученных результатов, подбор оптимальных размеров установки и расчёт необходимого соотношения топлива и окислителя.

В результате работы была получена общая картина процессов горения в топочной камере, поля изолиний основных теплофизических характеристик, параметры аэродинамики, горения, теплообмена и тепловыделения.

Содержание

Введение 5

1. Описание объекта исследования 7

2. Представление и расчёт начальных и граничных условий 10

3. Аналитический обзор опыта эксплуатации котельных агрегатов аналогичных исследуемому объекту 12

4. Особенности дискретизации объекта 15

5. Описание основных подходов и алгоритмов для численного моделирования объекта исследования 17

6. Оценка эффективности и надёжности работы топочной камеры котельного агрегата на основе анализа визуальных и графических результатов численного моделирования 23

Заключение 31

Список используемых источников 33

Введение

При проектировании котельного агрегата очень сложно добиться оптимальной организации топочной газодинамики и обеспечить устойчивость горения. При этом необходимо поддерживать требуемые скорости и температуры в топочном объеме и по возможности минимизировать уровень выбросов токсичных веществ в окружающую среду. Неравномерное и неустойчивое движение газов в топке может вызвать превышение допустимых локальных тепловых нагрузок.

Предметом исследования аэродинамической структуры в камере сгорания котла является, как правило, сложный комплекс параметров, среди которых пространственные скоростные поля топочной среды, дальнобойность и угол раскрытия факела, распределение давления, аэродинамическое сопротивление топки в зависимости от типа горелочных устройств, интенсивности крутки потока и целого ряда прочих конструктивных и режимных факторов. Для проектирования котлов требуется установить количественную зависимость аэродинамических параметров топочной среды от конструктивных особенностей и режимных условий работы топочного устройства.

Натурные многофакторные исследования такого рода, связанные с экспериментальным изучением трехмерной аэродинамики горящего факела, в том числе с вихревыми течениями, являются очень дорогостоящими и трудозатратными. Поэтому в настоящее время для исследования и анализа газодинамики и теплофизических процессов в котлах эффективным инструментом является численное моделирование с использованием как разработанных за рубежом (ANSYS CFD (Fluent & CFX), STAR-CD, FLOW3D, Open-FOAM и др.), так и отечественных (Flow Vision, VP2/3, SigmaFlow, FIRE 3D и т.п.) как оригинальных, так и широко апробированных пакетов прикладных программ. Изобилие физических моделей в выше перечисленных пакетах позволяет с хорошей сходимостью предсказывать ламинарные и турбулентные течения, различные режимы теплопереноса, химические реакции, многофазные потоки и другие явления на основе гибкого построения сеток и их адаптации к полученному решению.

Целью данной работы является выявление особенностей топочной газодинамики по средствам численного моделирования при сжигании расчетного топлива в паровом котле Е-260-14.0-545. Проведение анализа результатов полученных при помощи математического моделирования и сравнения этих результатов с данными теплового расчёта, а также разработка рекомендаций по повышению надежности работы котла.

В данной работе применялись универсальный программный модуль ANSYS CFD и пакет прикладных программ Fluent 6.3.26.