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污垢对凝汽器及汽轮机组性能影响的数值分析

作　者: 王思平
导　师: 张莉
学　校: 上海电力学院
专　业: 热能工程
关键词: 污垢凝汽器性能影响数值分析
分类号: TK264.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 20次
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内容摘要

电站凝汽器是火电厂汽轮机发电机组的重要组成部分，其工作性能的好坏对整个机组的运行安全性与经济性有重大的影响。而大多数的凝汽器都存在着不同程度的污垢问题，污垢严重影响了凝汽器传热性能和汽轮机组功率，因此有必要详细、定量地了解污垢对凝汽器换热性能和汽轮机组性能的影响。本文首先在已有凝汽器壳侧流动、换热数值模拟研究工作的基础上，在商用软件Fluent计算平台上，通过编写、编译、加载混合物物性参数、质量源项、动量源项等用户自定义程序（UDFs），实现了凝汽器壳侧流动、换热的数值计算。然后，对有实验数据的简化凝汽器模型进行了数值计算，并与实验数据进行了对比，验证了本文在Fluent平台实现凝汽器壳侧计算的正确性。最后，本文以某凝汽器为研究对象，应用上述数值模拟方法，实现了该凝汽器壳侧的流动与传热的二维、三维计算，获得了凝汽器壳侧的速度、压力、传热系数、凝结量、空气浓度等参数的详细分布，分析了凝汽器壳侧汽相流动、换热细节。在此基础上，又进一步分析研究了管束水侧不同厚度污垢对凝汽器换热性能的影响，做出凝汽器的性能曲线，通过与抽气器性能曲线的匹配，确定出不同污垢附着时的凝汽器工作点，详细、定量地讨论了污垢对凝汽器传热性能的影响，分析了污垢对汽轮机微增出力的影响，为工程人员详细了解污垢影响的规律，合理实施冷却管清洗提供支持。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 凝汽器传热性能的影响因素  11-12
  1.3 凝汽器的工程热力设计  12-13
  1.4 凝汽器性能研究发展历程  13-15
    1.4.1 研究方法  13-14
    1.4.2 实验研究历程  14
    1.4.3 数值研究历程  14-15
  1.5 凝汽器热力性能数值研究  15-16
  1.6 污垢对凝汽器传热性能的影响研究  16-17
  1.7 本文的研究内容  17-18
第二章凝汽器数值计算的相关理论基础  18-31
  2.1 凝汽器壳侧汽相流动与传热过程概述  18-19
    2.1.1 凝汽器结构形式及工作过程  18
    2.1.2 凝汽器流动与传热特性  18-19
    2.1.3 凝汽器壳侧流动复杂性  19
  2.2 凝汽器数值模拟中的多孔介质模型  19-21
    2.2.1 多孔介质模型基础理论  20
    2.2.2 多孔介质模型在管束研究中的运用  20-21
  2.3 凝汽器模型的简化及方程的建立  21-23
    2.3.1 二维物理模型的简化  21-22
    2.3.2 二维控制方程  22-23
    2.3.3 凝汽器三维模型的简化  23
    2.3.4 三维控制方程  23
  2.4 补充方程  23-28
    2.4.1 分布质量汇  23-24
    2.4.2 分布阻力  24-26
    2.4.3 混合物温度的计算  26-27
    2.4.4 混合物物性的计算  27-28
  2.5 边界条件  28
  2.6 凝汽器数值模拟的实现工具  28-30
    2.6.1 关于 Fluent 软件  28-29
    2.6.2 Fluent 程序求解步骤  29-30
  2.7 小结  30-31
第三章凝汽器数值计算的实现及考核  31-36
  3.1 凝汽器数值计算的实现  31-32
  3.2 数值计算方法考核  32-35
    3.2.1 实验凝汽器结垢及主要参数  32-33
    3.2.2 数值模拟结果及分析  33-34
    3.2.3 数值模拟结果与实验结果对比  34-35
  3.3 小结  35-36
第四章凝汽器壳侧汽相流动与换热的数值模型及求解  36-48
  4.1 研究对象简介  36-37
  4.2 凝汽器二维数值模型求解及结果  37-41
    4.2.1 计算区域及网格的生成  37-38
    4.2.2 边界条件的设定  38
    4.2.3 UDF 的编写与加载  38-39
    4.2.4 模拟结果及分析  39-41
  4.3 凝汽器三维数值模拟及结果分析  41-46
    4.3.1 计算区域及网格的生成  41-42
    4.3.2 边界条件的设定  42
    4.3.3 UDF 的编写与加载  42
    4.3.4 模拟结果及分析  42-46
  4.4 凝汽器二维和三维结果对比  46-47
  4.5 小结  47-48
第五章污垢对凝汽器及汽轮机组热力性能影响的分析  48-57
  5.1 水侧污垢厚度选取的依据  48-49
  5.2 污垢对凝汽器换热性能的影响  49-53
    5.2.1 不同厚度污垢下凝汽器性能曲线  49-50
    5.2.2 凝汽器与抽气器性能匹配  50-53
  5.3 污垢对汽轮机组热力性能影响  53-55
    5.3.1 汽机背压变化的影响因素  53-54
    5.3.2 汽轮机背压对机组微增出力的影响  54
    5.3.3 污垢对机组微增出力的影响  54-55
  5.4 小结  55-57
第六章结论与展望  57-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间取得的研究成果  63

污垢对凝汽器及汽轮机组性能影响的数值分析

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