【正文】 感謝陳彬同學(xué)和王程超同學(xué)在我學(xué)習(xí) FLUENT 軟件時(shí)對(duì)我的幫助。 在畢設(shè)過程中遇到了很多模棱兩可的問題，百忙中的黃老師無論何時(shí)何地都在 上為我解答問題給我指導(dǎo)。四個(gè)月的時(shí)光，記錄著我對(duì)畢設(shè)的認(rèn)真。四年的鍛煉，四年的磨難，四年的成長(zhǎng)，成為我心中最美好的回憶！ 在大學(xué)的最后一項(xiàng)作業(yè) —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)，也完成了。四年的大學(xué)生活有歡笑也有淚水，離別之際，驀然回首看見自己成長(zhǎng)的歷程，看 見自己在青蔥校園內(nèi)踏遍的足跡，不舍，涌上心頭。再設(shè)置離散相計(jì)算模型，利用 DefineInjection 命令在一次風(fēng)、三次風(fēng)空氣中插入煤粉射流，最后計(jì)算顯示得出煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。 本設(shè)計(jì)中對(duì)煤粉顆粒軌跡的模擬采用 DPM 離散相模型。 本設(shè)計(jì)中用 GAMBIT 軟件繪制出了爐膛和燃燒器計(jì)算模型，之后進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件類型的設(shè)置。 （ 5） 將三次風(fēng) 噴口設(shè)計(jì)為圓形，布置在上二次風(fēng)噴口上方。周界風(fēng)占二次風(fēng)量的 %。 （ 2） 對(duì) 每個(gè)燃燒器的設(shè)計(jì)，有 3 個(gè)一次風(fēng)噴口、 3 個(gè)二次風(fēng)噴口、 1 個(gè)三次風(fēng)噴口。 （ 3） 無煙煤著火不易，揮發(fā)分低，燃燒不穩(wěn)定，故本設(shè)計(jì)中選用一次風(fēng)噴口集中布置即分級(jí)配風(fēng)直流燃燒器型式。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 31 結(jié) 論 對(duì)于燃燒設(shè)備組（爐膛、制粉系統(tǒng)和燃燒器是 煤粉鍋爐的主要燃燒設(shè)備），選定了相關(guān)的設(shè)計(jì)： （ 1） 為組織更好的切圓燃燒，本設(shè)計(jì)中爐膛橫斷面設(shè)計(jì)為正方形。對(duì)煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，采用離散相模型進(jìn)行計(jì)算。分為兩大模塊：一、利用GAMBIT 繪制爐膛燃燒器，并劃分網(wǎng)格，設(shè)置邊界類型；二、利用FLUENT 進(jìn)行流場(chǎng)的計(jì)算及煤粉顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡的顯示。如圖 51 51 517 所示。 b） 在 Color by 項(xiàng)選擇 Velocity 和 Velocity Magnitude，得出軌 跡圖如圖533 所示。如圖 51 514 所示。 a） 操作： DisplayParticle Tracks，打開顆粒軌跡對(duì)話框。 Injection Type 選項(xiàng)中選擇 Surface，選中要進(jìn)行設(shè)置的面， Material 選項(xiàng)中選擇 anthracite（無煙煤）。煤粉顆粒粒徑選取為 40μm。根據(jù)燃燒器所處四角的位置不同，各射流的入口速度大小和方向也不同，應(yīng)根據(jù)燃燒器與爐膛的夾角分別加以計(jì)算設(shè)置（噴入速度大小乘以與爐膛夾角的正弦余弦值，冠以正負(fù)號(hào)）。 （ 2） 設(shè)置煤粉顆粒射流。 圖 57 爐膛對(duì)角面速度 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 25 圖 58 下二次風(fēng)底部速度場(chǎng) 圖 59 一次風(fēng)噴口中心速度場(chǎng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 圖 510 一次風(fēng)噴口頂部速度場(chǎng) 圖 511 上二次風(fēng)噴口中心速度場(chǎng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 27 圖 512 三次風(fēng)噴口中心速度場(chǎng) 離散相的流動(dòng)計(jì)算 （ 1） 設(shè)置離散相。操作： DisplayContours。操作： SurfaceIso Surface/Plain，具體操作按對(duì)話框指示和所創(chuàng)建面的坐標(biāo)得出。 （ 2） 創(chuàng)建等值坐標(biāo)面。操作： SolverIterate，打開迭代對(duì)話框，設(shè)置 Number of Iterations 項(xiàng)為 1000，點(diǎn)擊 Iterate 按鈕，計(jì)算開始。操作： FileWriteCase，保存為“ ransq”。操作： SolverMonitorsResidual，將 OPtions 項(xiàng)全部選中，保留其他默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊 OK。操作： SolveInitializeInitialize，用速度入流邊界對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行初始化，點(diǎn)擊 Init。點(diǎn)擊 OK。 （ 6） 設(shè)置求解參數(shù)控制。 d） chukou 邊界，為壓力出口，默認(rèn)設(shè)置。 b） 2cf 邊界，二次風(fēng)以速度 48m/s 垂直邊界流入。在 Velocity Specification Method 項(xiàng)選取為 Magnitude， Normal to Boundary，在 Reference Frame 項(xiàng)選取 Absolute，其余保持默認(rèn)。 （ 5） 確定邊界條件。 （ 4） 選取默認(rèn)的操作條件。 （ 3） 選取默認(rèn)材料。 （ 2） 選取紊流模型。 創(chuàng)建連續(xù)相計(jì)算模型 （ 1） 設(shè) 置求解器。 啟動(dòng) FLUENT 三維雙精度計(jì)算器，讀入網(wǎng)格文件 。 步驟五：輸出網(wǎng)格文件 打開 FileExportMesh 對(duì)話框，進(jìn)行網(wǎng)格輸出為 ，得到網(wǎng)格文件。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 圖 53 燃燒器邊界線節(jié)點(diǎn)劃分選取 圖 54 爐膛整體網(wǎng)格劃分選取 圖 55 爐膛整體網(wǎng)格 圖 56 燃燒器噴口網(wǎng)格 步驟四：邊界條件類型的指定 打開 Specify Boundary Types 對(duì)話框，通過一系列的設(shè)置，得到所需的邊界哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 條件將一、二、三次風(fēng)噴口截面選中（分別將一、二、三次風(fēng)噴口截面命名為 1cf、 2cf、 3cf），邊界類型設(shè)置為 VELOCITYINLET，將爐膛上部出口截面（命名為 chukou）設(shè)置為 PRESSUREOUTLET。選中 Scheme Apply，選中 Spacing Apply，將 interval size 設(shè)置為 ，選中 Mesh，得出網(wǎng)格劃分情況。選中 Grading Apply，選中 Spacing Apply，將interval size 設(shè)置為 ，選中 Mesh，其余默認(rèn)。如圖 5 52 所示。 步驟一：?jiǎn)?dòng) GAMBIT 并選定求解器（ FLUENT5/6）。 （ 2） 本例的采取 DPM 離散相的模擬方法：先模擬單相空氣的流動(dòng)場(chǎng)，后采用 define— injection 指令，插入細(xì)粉粒子射流，通過演示得出煤粉的運(yùn)動(dòng)軌跡。 問題簡(jiǎn)化： （ 1） 本例中噴口布置情況較為復(fù)雜，一次風(fēng)噴口集中布置，四周包含有共同的周界風(fēng)，由于周界分層厚度較小，不利于網(wǎng)格的劃分，故在模擬計(jì)算時(shí)，將周界風(fēng)忽略掉。 FLUENT軟件流場(chǎng)計(jì)算 問題描述： 一、二、三次風(fēng)分別以垂直于燃燒器（分置于爐膛四角）各噴口的速度方向以直流射流方式射入爐膛內(nèi)部，在爐內(nèi)組織流動(dòng)場(chǎng)。對(duì)煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，采用離散相模型進(jìn)行計(jì)算。 FLUENT 可求解的問題非常廣泛：可壓縮流體和不可壓縮流動(dòng)問題；穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動(dòng)問題；無粘流、層流及湍流問題；對(duì)流換熱問題；兩相流問題；復(fù)雜表面形狀下的只有流動(dòng)問題等等。用 GAMBIT 繪出計(jì)算模型，劃分網(wǎng)格并設(shè)置邊界條件，后用 FLUENT 讀取模型進(jìn)行計(jì)算 FLUENT 程序的求解步驟和問題 FLUENT 的求解步驟：（ 1）確定幾何形狀，用 GAMBIT 生成計(jì)算網(wǎng)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 格，也可 讀入其他指定程序生成的網(wǎng)格；（ 2）輸入并檢測(cè)網(wǎng)格；（ 3）選擇求解器（ 2D、 3D）；（ 4）選擇求解方程：層流或湍流或無粘流、化學(xué)組分或化學(xué)反應(yīng)、傳熱模型等，并確定其他需要的模型，如：風(fēng)扇，熱交換器等模型；（ 5）確定流體的材料物性；（ 6）確定邊界類型及邊界條件；（ 7）條件計(jì)算控制參數(shù)；（ 8）流場(chǎng)的初始化；（ 9）求解計(jì)算；（ 10）保存結(jié)果，進(jìn)行后處理等。雖完全滲透不易，但是簡(jiǎn)單的基本操作還是具有很大的可掌握性。 FLUENT 的組成 FLUENT 的程序軟件包括以下幾個(gè)部分： （ 1） GAMBIT—— 用于建立幾何結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格生成，為 FLUENT 的模型讀入計(jì)算準(zhǔn)備條件； （ 2） FLUENT—— 用于進(jìn)行流動(dòng)模擬計(jì)算的求解器； （ 3） prePDF—— 用于模擬 PDF 的燃燒過程； （ 4） TGrid—— 用于從現(xiàn)有邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格； （ 5） Filters—— 轉(zhuǎn)換其他程序生成的網(wǎng)格，用于 FLUENT 計(jì)算。 FLUENT還可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整整個(gè)網(wǎng)格，這種網(wǎng)格的自適應(yīng)能力對(duì)于精確求解有較大梯度的流場(chǎng)有非常大的好處。 FLUENT軟件簡(jiǎn)介 FLUENT 是用于計(jì)算流體流動(dòng)和傳熱的程序，它提供的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成程序，對(duì)相對(duì)復(fù)雜的集合 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成非常有效。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 第 5 章 用 FLUENT 軟件計(jì)算四角切圓流場(chǎng) 引言 FLUENT 軟件是用來計(jì)算流體流動(dòng)和傳熱問題的程序。 1f3f11/4FZ2m332m11/hb1b 1 1( / )fb h1h 11/ ?3 2 3/4df? ?zj?zjbmmm/s3m/szjV/zj zjV ?2b2f 2 2 2( ) / 4zjV V Z ??2h 22/fh1,2xh3,2xhb?H?mzjfmmmm2m2mmmmmmmmmmmmmmmmmmmm哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 本章小結(jié) 本設(shè)計(jì)中根據(jù)無煙煤的煤種特性，先對(duì)一、二、三次風(fēng)的風(fēng)溫、風(fēng)速、風(fēng)量等進(jìn)行合理的選取，并選定各種風(fēng)噴口的個(gè)數(shù)，后 對(duì)各噴口的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)（選定高寬比）。 （ 4） 各噴口間間距的選取應(yīng)在合理的范圍內(nèi)，過大則燃燒器整體過于狹長(zhǎng)，過小則風(fēng)量過于集中，混合時(shí)間過 小，對(duì)燃燒不利。一般二次風(fēng)噴口布置在一次風(fēng)噴口的上、下方，上方的二次風(fēng)噴口又分為兩個(gè)，下方布置一個(gè)。當(dāng)采用一次風(fēng)噴口集中布置，并用共同的周界風(fēng)包圍時(shí)，它的高寬比應(yīng)小于 4。2 1 j 0 +t 2（ 1 /273）?? BV2? 1 1 31 f? ? ?? ? ?m/sm/sm/skg/skg/kJ哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 2m 直流燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取： （ 1） 為了提高著火區(qū)域氣流中的煤粉濃度，推遲一、二次風(fēng)的混合，一次風(fēng)噴口采用集中布置，即分級(jí)配風(fēng)的燃燒器型式。1 1 j 0 +t 1（ 1 /273）?? BV39。3 1 j 0 +t 3（ 1 /273）?? BV39。kyt C?1?3?1t2t3t3?2?3V1V2VC?C?C?3m/s3m/s3m/s39。1??39。1?1f? 139。 燃燒器一、二、三次風(fēng)的選取設(shè)計(jì)計(jì)算如下表 41： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 ,arQ1?1?表 41 燃燒器設(shè)計(jì)計(jì)算 序號(hào) 名稱 符號(hào) 公式或來源 結(jié)果 單位 1 計(jì)算燃料消耗量 查表 4 13 2 燃料低位發(fā)熱量 給定 26400 3 理論空氣量 查表 1 7 4 爐膛出口過量空 氣系數(shù) 查表 2 1 — 5 爐膛漏風(fēng)系數(shù) 查表 2 — 6 爐膛漏風(fēng)率 8 — 7 空氣預(yù)熱器出口 風(fēng)溫 給定 370 8 一次風(fēng)率 查表 84 25 — 9 一次風(fēng)溫（送粉 風(fēng)溫） 選取 380 10 一次風(fēng)速 查表 827 23 11 一次風(fēng)量 65 12 三次（磨煤廢 氣）風(fēng)率 選取 20 — 13 三次風(fēng)溫 選取 80 14 三次風(fēng)速 查表 827 50 15 三次風(fēng)量 28 16 二次風(fēng)率 47 — 17 二次風(fēng)溫 kyt 10 360 18 二次風(fēng)速 查表 827 48 19 二次風(fēng)量 118 jB0V 3m/kg39。 （ 3） 磨煤廢氣作為三次風(fēng)在爐膛上部噴入，三次風(fēng)量按照制粉系統(tǒng)而定，一般約占總風(fēng)量的 10~20%，對(duì)高水分和 高灰分的劣質(zhì)煤，三次風(fēng)量有可能達(dá)到 25~30%。周界風(fēng)風(fēng)層薄，風(fēng)速高，有利于將高溫?zé)煔饩砦胍淮物L(fēng)氣流中。三次風(fēng)應(yīng)不影響爐膛內(nèi)燃燒中心的燃燒過程，又能加強(qiáng)爐內(nèi)氣體的擾動(dòng)和混合，同時(shí)有利于三次風(fēng)中細(xì)粉的燃盡。為了保證燃燒的穩(wěn)定性，必須保持較高的爐膛溫度，因此在燃燒器的一、二、三次風(fēng)的選取上采?。? （ 1） 為了保證著火的穩(wěn)定性，減少煤粉氣流的著火熱，我國(guó)燃用無煙煤的鍋爐均采用熱風(fēng)送粉，熱風(fēng)溫度一般選取為 380~420℃ ，故采用中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)。 哈