過(guò)熱器流動(dòng)傳熱模擬與脹接接頭流固耦合研究.pdf

1、過(guò)熱器是船用蒸汽鍋爐的重要部件，在船舶蒸汽動(dòng)力裝置中扮演著重要的角色。過(guò)熱器煙氣側(cè)溫度較高，過(guò)熱蒸汽側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸發(fā)受熱面的沸騰換熱系數(shù)，換熱條件十分惡劣。當(dāng)個(gè)別支管熱負(fù)荷較高，而管內(nèi)蒸汽流量相對(duì)較低時(shí)，管內(nèi)蒸汽溫度居高，易引起超溫爆管。同時(shí)，過(guò)熱器中管束與集箱連接處的連接強(qiáng)度和密封性也是考察過(guò)熱器安全性的重要指標(biāo)。經(jīng)過(guò)冷熱循環(huán)后，脹接處受熱應(yīng)力影響，殘余接觸應(yīng)力下降，密封性降低，容易發(fā)生滲漏。
　　 上述工作特性使過(guò)

2、熱器成為船舶蒸汽動(dòng)力裝置中最薄弱的環(huán)節(jié)之一。本文以某船用鍋爐過(guò)熱器為研究對(duì)象，從基礎(chǔ)理論出發(fā)，推導(dǎo)了針對(duì)Fluent軟件的過(guò)熱器模型簡(jiǎn)化原則；應(yīng)用Fluent軟件對(duì)過(guò)熱器整體的流動(dòng)和換熱進(jìn)行了模擬；應(yīng)用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)該過(guò)熱器脹接部位進(jìn)行了冷態(tài)脹接和流固耦合問(wèn)題的模擬。主要內(nèi)容包括：
　　 1.從工程流體力學(xué)和傳熱學(xué)基礎(chǔ)理論出發(fā)，推導(dǎo)得出針對(duì)過(guò)熱器數(shù)值模擬的模型簡(jiǎn)化原則。認(rèn)為在特定條件下，可將影響過(guò)器流動(dòng)傳熱性能的

3、因素歸納為nd2/D2、L/(√n1和v1dm/s1三個(gè)參數(shù)。依據(jù)上述三個(gè)參數(shù)，可對(duì)應(yīng)用于Fluent數(shù)值模擬中的過(guò)熱器實(shí)際模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化后的模型可在降低網(wǎng)格數(shù)量的同時(shí)，較準(zhǔn)確的反映過(guò)熱器的流動(dòng)傳熱特性。
　　 2.應(yīng)用Fluent軟件，對(duì)該過(guò)熱器的額定工況與故障工況進(jìn)行了模擬，得到了過(guò)熱器在爆管和隔板倒塌故障中的傳熱與流動(dòng)特性。針對(duì)過(guò)熱器的工作特點(diǎn)，對(duì)過(guò)熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化結(jié)構(gòu)后，過(guò)熱器可在保證主要參數(shù)不變的前提下

4、，降低局部超溫爆管的風(fēng)險(xiǎn)。
　　 3.應(yīng)用大型有限元分析軟件ANSYS，對(duì)過(guò)熱器的脹接過(guò)程進(jìn)行了模擬?？疾炝?2Cr1MoVg和1Cr19Ni11Nb管材與12Cr1MoVg管板的脹接特性。結(jié)果顯示：兩種材料的冷態(tài)脹接性能良好，可以滿足脹接接頭密封性和連接強(qiáng)度的要求。
　　 4.在冷態(tài)脹接的基礎(chǔ)上，對(duì)脹接接頭進(jìn)行了流固耦合分析，主要內(nèi)容包括：循環(huán)溫度載荷對(duì)接頭部位的脹接特性及U型管彎頭部位的影響、材料熱膨脹系數(shù)對(duì)脹接特性