【摘 要】
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本文针对电站锅炉换热器换热性能优化的问题,建立声场、流场、温度场多物理场耦合的数值模型,研究了声波对电站锅炉换热器换热效率的影响。锅炉内换热器均由圆柱型管束构成,烟气流经管束会发生圆柱绕流现象。对声波作用下单圆柱、双圆柱以及管束的圆柱绕流流动及对流传热特性进行数值模拟。得到声波对圆柱绕流表面压力系数CP、升力系数CDL、阻力系数CDF、斯特劳哈尔数Sr以及对流传热局部努塞尔数Nuθ的影响规律。研究
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:大尺度电站锅炉中的强声传播和声效应研究；
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本文针对电站锅炉换热器换热性能优化的问题,建立声场、流场、温度场多物理场耦合的数值模型,研究了声波对电站锅炉换热器换热效率的影响。锅炉内换热器均由圆柱型管束构成,烟气流经管束会发生圆柱绕流现象。对声波作用下单圆柱、双圆柱以及管束的圆柱绕流流动及对流传热特性进行数值模拟。得到声波对圆柱绕流表面压力系数CP、升力系数CDL、阻力系数CDF、斯特劳哈尔数Sr以及对流传热局部努塞尔数Nuθ的影响规律。研究结果可以为强化圆柱绕流对流传热提供理论研究基础。本研究主要采用有限元方法进行仿真计算,计算模型中圆柱参数参考省煤器直径,选用D=40mm的管径,分别对单圆柱、串列双圆柱、并列双圆柱以及5×4管束的圆柱绕流对流传热情况进行数值模拟。研究结果表明,声波作用会加快圆柱绕流漩涡脱落,促进圆柱表面热量传递,但同时也会增大圆柱表面受力。在f=20～80Hz,SPL=123～149d B范围内,圆柱表面局部换热努塞尔数Nuθ随着声波频率的增大而增大,随着声压级的增大先增大后减小,最佳换热声压级为132d B。对于管排而言,在给定条件下,最佳换热管间距为横向间距比ST/D=2.5,纵向间距比SL/D=2,此时相邻圆柱之间的干扰效应较小。受前排圆柱尾迹的影响,以及声波在阵列中传播会存在耗散,阵列中后排圆柱对流传热效率会有所下降,前排圆柱换热效率优于后方圆柱。
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