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烟气轮机复杂工况性能分析与非定常数值研究
作 者: 王宗伟
导 师: 谢蓉
学 校: 大连理工大学
专 业: 流体机械及工程
关键词: 烟气轮机 数值模拟 动叶片安装角 变工况 非定常
分类号: TK261
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
能源问题已经成为制约我国经济快速、健康发展的一个突出问题。由于石油、天然气等能源匮乏以及现有设备能源利用率低下等原因,导致我国国民经济增长质量不高,生态环境破坏现象日益严重。要从根本上解决我国的能源、环境问题,还要依靠广大科研工作者努力开发新的节能技术并改善现有设备的能源利用效率。烟气轮机是一种驱动用叶轮机械,在石油、化工行业中应用广泛,是炼化企业中的关键设备,它利用催化裂化过程中产生的高温烟气再次做功,既充分利用了能源又减少了废气的排放,对企业实现节能减排的目标发挥着十分重要的作用。烟气轮机运行状况的好坏直接关系到炼化厂各装置能否长期、安全运行,并严重影响企业的经济效益。然而,烟气轮机的工作状况却十分恶劣,高温、高压以及固体颗粒冲击使其存在着效率低、运行周期短、叶片损坏严重等缺点,因而成为了炼化企业中故障率最高的设备之一。本文结合大连理工大学叶轮机械及流体工程研究所山东京博石化公司“三合一”机组烟气轮机优化分析与设计的科研项目,首先利用商用CFD软件NUMECA对烟气轮机的内部流场进行了初步的数值模拟,分析该烟气轮机内部流动的问题所在,然后提出对动叶片安装角进行调整的改进方案,并针对动叶片安装角对烟气轮机性能的影响进行了研究和分析。其次,鉴于该烟机轮机在企业生产过程中经常出现变工况运行的情况,本文通过改变烟气流量的方法对烟气轮机变工况运行进行了数值模拟,掌握了烟气流量对烟气轮机性能的影响,绘制出烟气轮机的变工况性能曲线,并为烟气轮机的长期安全运行推荐了一个较优的运行工况。最后,为了更全面、更真实地反映出烟气轮机内部的流动状况,本文利用NUMECA软件中特有的非线性谐波方法对推荐工况下的烟气轮机内部流场进行了非定常数值模拟,重点研究了动静干涉对烟气轮机内部流动的影响,在此基础之上对动、静叶栅之间轴向间距大小对烟气轮机性能的影响进行了的研究,并给出了一个最佳的动、静叶栅轴向间距。通过上述研究,本文得到了一些关于烟气轮机结构改进和运行工况优化方面的有益结论,为烟气轮机的安全、平稳运行以及企业经济效益的提高提供了理论依据和指导。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-10 1 绪论 10-19 1.1 课题的研究背景及意义 10-14 1.2 烟气轮机国内外研究概况 14-16 1.3 计算流体力学(CFD)在叶轮机械中的应用及NUMECA软件简介 16-17 1.4 本文的主要工作 17-19 2 数值计算方法 19-26 2.1 流动控制方程 19-20 2.2 湍流模型简述 20-21 2.2.1 湍流数值计算方法 20 2.2.2 湍流模型 20-21 2.3 求解理论 21-22 2.3.1 离散方法 21 2.3.2 多重网格技术 21-22 2.4 网格生成技术 22-24 2.5 非线性谐波方法简介 24-25 2.6 本章小结 25-26 3 动叶片安装角对烟气轮机性能影响的数值研究 26-39 3.1 引言 26 3.2 烟气轮机简介 26-27 3.3 数值方法 27-30 3.3.1 计算方法 27 3.3.2 计算方案及计算网格 27 3.3.3 边界条件 27-28 3.3.4 收敛准则 28 3.3.5 设计工况性能核算 28-30 3.4 结果分析 30-38 3.4.1 网格独立性检验 30-32 3.4.2 总参数对比 32 3.4.3 级内参数对比 32-35 3.4.4 流动分析 35-38 3.5 本章小结 38-39 4 烟气轮机变工况性能的研究与分析 39-60 4.1 引言 39 4.2 数值方法 39-40 4.2.1 计算方法 39 4.2.2 计算网格 39 4.2.3 边界条件 39-40 4.2.4 收敛准则 40 4.3 计算工况选择及模拟分析 40-58 4.3.1 总体性能 41-44 4.3.2 级内参数 44-49 4.3.3 负荷分析 49-50 4.3.4 流动分析 50-58 4.4 推荐运行工况范围 58 4.5 本章小结 58-60 5 烟气轮机推荐工况下的非定常数值模拟与研究 60-77 5.1 引言 60 5.2 数值方法 60-62 5.2.1 计算方法及网格 60-61 5.2.2 边界条件及收敛准则 61-62 5.3 流动非定常特性的研究与分析 62-70 5.3.1 级内参数分析 62-68 5.3.2 级内流动分析 68-70 5.4 动静叶栅轴向间距对性能的影响及改进研究 70-76 5.4.1 总体参数分析 71-72 5.4.2 尾迹影响分析 72-76 5.5 本章小结 76-77 结论 77-79 参考文献 79-83 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 83-84 致谢 84-85
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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 蒸汽动力工程 > 蒸汽轮机(蒸汽透平、汽轮机) > 理论
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