鍋爐燃燒器的建模方法
【專利摘要】一種鍋爐燃燒器的建模方法，包括：建立鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)；對(duì)所述鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分；利用所述網(wǎng)格建立湍流流動(dòng)模型、燃燒模型、輻射模型和NOX生成模型；確立鍋爐燃燒器的邊界條件，并對(duì)湍流流動(dòng)模型、燃燒模型、輻射模型和NOX生成模型的方程求解；利用所述方程的解對(duì)鍋爐燃燒器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，獲得鍋爐燃燒器的優(yōu)化結(jié)構(gòu)?？梢越档湾仩t燃燒器的設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，提高性能和質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】鍋爐燃燒器的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信息控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種鍋爐燃燒器的建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鍋爐燃燒器是發(fā)電機(jī)組的重要熱工設(shè)備，設(shè)計(jì)是否合理，直接影響鍋爐的熱效率和其它作業(yè)指標(biāo)。鍋爐燃燒器設(shè)計(jì)的更新?lián)Q代對(duì)發(fā)電工業(yè)具有很大的意義，隨著新的鍋爐燃燒器的研發(fā)，低負(fù)荷穩(wěn)燃能力不斷提高，NOx排放量不斷降低，且能防止水冷壁的高溫腐蝕和結(jié)焦。
[0003]但是長(zhǎng)期以來(lái)鍋爐燃燒器的設(shè)計(jì)都是憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，通常是對(duì)原有鍋爐燃燒器的局部憑借經(jīng)驗(yàn)和之前發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行修改，再將修改后的鍋爐燃燒器進(jìn)行測(cè)試，直到獲得更為合理的鍋爐燃燒器。但這種經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法往往會(huì)導(dǎo)致考慮不周，造成人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種鍋爐燃燒器的建模方法，有利于降低鍋爐燃燒器的設(shè)計(jì)成本、縮短設(shè)計(jì)周期、提高性能和質(zhì)量。
[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鍋爐燃燒器的建模方法，包括:建立鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)；對(duì)所述鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分；利用所述網(wǎng)格建立湍流流動(dòng)模型、燃燒模型、輻射模型和NOx生成模型；確立鍋爐燃燒器的邊界條件，并對(duì)湍流流動(dòng)模型、燃燒模型、輻射模型和NOx生成模型的方程求解；利用所述方程的解對(duì)鍋爐燃燒器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，獲得鍋爐燃燒器的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
[0006]可選的，所述湍流流動(dòng)模型為雷諾應(yīng)力模型或可實(shí)現(xiàn)的k-ε模型。
[0007]可選的，對(duì)端流流動(dòng)模型進(jìn)行求解的具體步驟包括:將可實(shí)現(xiàn)的k_ ε模型的方程同連續(xù)方程、雷諾平均方程聯(lián)立，建立湍流運(yùn)動(dòng)方程組；同時(shí)，利用有限體積法將微分方程轉(zhuǎn)化為差分方程，差分格式采用二階迎風(fēng)差分格式，對(duì)離散方程組的壓力速度耦合采用經(jīng)典的Simple算法，求解代數(shù)方程采用三對(duì)角矩陣的TDMA算法逐線迭代及低松弛因子聯(lián)合求解。
[0008]可選的，所述燃燒模型采用非預(yù)混燃燒，紊流和化學(xué)的相互作用利用單混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)、或者雙混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)模擬氣相湍流燃燒。
[0009]可選的，所述輻射模型為離散傳播輻射模型、P-1輻射模型、Rosseland輻射模型、表面輻射模型或離散坐標(biāo)輻射模型。
[0010]可選的，所述NOx生成模型為熱力型、快速型和湍流交互模型。
[0011]可選的，所述網(wǎng)格劃分的方法包括:對(duì)所述鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分割，并利用網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加密。
[0012]可選的，所述網(wǎng)格劃分的方法包括:在中心風(fēng)道軸流風(fēng)道和煤風(fēng)道使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在旋風(fēng)道使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。[0013]可選的，鍋爐燃燒器的邊界條件的選取方法包括:根據(jù)可壓縮流的邊界條件，各風(fēng)道的入口和出口分別選取速度入口和速度出口邊界條件，其余邊界均為固壁。
[0014]可選的，建立鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)的具體方法包括:利用計(jì)算機(jī)輔助制造軟件創(chuàng)建鍋爐燃燒器不同部件的截面，并通過(guò)拉伸旋轉(zhuǎn)等命令創(chuàng)建各個(gè)部件，并將創(chuàng)建的各個(gè)部件組合或消減，包括并集、差集、交集等，直至獲得到所需要的鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]由于本發(fā)明鍋爐燃燒器的建模方法通過(guò)對(duì)湍流流動(dòng)模型、燃燒模型、輻射模型和NOx生成模型的方程進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化而成，考慮了影響鍋爐燃燒器的諸多影響因素，因此不會(huì)由于某一原因需要在對(duì)鍋爐燃燒器進(jìn)行部分修改時(shí)，影響鍋爐燃燒器的其他性能。且由于所述優(yōu)化后的鍋爐燃燒器還可以利用上述模型繼續(xù)模擬，不需要制作成實(shí)體后進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試的成本低，降低鍋爐燃燒器的設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，提高性能和質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的鍋爐燃燒器的建模方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]由于現(xiàn)有的鍋爐燃燒器的設(shè)計(jì)方法都是憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，往往會(huì)導(dǎo)致考慮不周，造成人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，因此，本發(fā)明提供了一種鍋爐燃燒器的建模方法，可以降低鍋爐燃燒器的設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，提高性能和質(zhì)量。
[0019]下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0020]請(qǐng)參考圖1，為本發(fā)明實(shí)施例的鍋爐燃燒器的建模方法的流程示意圖，包括:
[0021]步驟S101，建立鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)；
[0022]步驟S102，對(duì)所述鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
[0023]步驟S103，利用所述網(wǎng)格建立湍流流動(dòng)模型、燃燒模型、輻射模型和NOx生成模型；
[0024]步驟S104，確立鍋爐燃燒器的邊界條件，并對(duì)湍流流動(dòng)模型、燃燒模型、輻射模型和NOx生成模型的方程求解；
[0025]步驟S105，利用所述方程的解對(duì)鍋爐燃燒器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，獲得鍋爐燃燒器的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
[0026]具體的，執(zhí)行步驟S101，建立鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)。
[0027]建立鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)的具體方法包括:利用計(jì)算機(jī)輔助制造軟件創(chuàng)建鍋爐燃燒器不同部件的截面，并通過(guò)拉伸旋轉(zhuǎn)等命令創(chuàng)建各個(gè)部件，并將創(chuàng)建的各個(gè)部件組合或消減，包括并集、差集、交集等，直至獲得到所需要的鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)。
[0028]在本實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)輔助制造軟件為Unigraph機(jī)械制圖軟件。在其它實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)輔助制造軟件也可以為其他機(jī)械制圖軟件。
[0029]執(zhí)行步驟S102，對(duì)所述鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
[0030]由于鍋爐燃燒器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)存在差異，因此不同的結(jié)構(gòu)采用不同的劃分方法。先對(duì)所述鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分割，然后利用網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)對(duì)局部變化較為劇烈的區(qū)域，例如大變形、激波面、接觸間斷面和劃移面等進(jìn)行加密，網(wǎng)格在迭代過(guò)程中不斷調(diào)節(jié)，將網(wǎng)格細(xì)化從而做到網(wǎng)格點(diǎn)分布和物理解的耦合，有利于提高最終解的精度和分辨率。
[0031]在本實(shí)施例中，對(duì)不同的結(jié)構(gòu)所采用的網(wǎng)格劃分模型也不相同，在中心風(fēng)道軸流風(fēng)道和煤風(fēng)道使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在旋風(fēng)道使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分，有利于對(duì)鍋爐燃燒器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行更精確地表達(dá)。
[0032]執(zhí)行步驟S103，利用所述網(wǎng)格建立湍流流動(dòng)模型、燃燒模型、輻射模型和NOx生成模型。
[0033]所述湍流流動(dòng)模型為雷諾應(yīng)力模型或可實(shí)現(xiàn)的k-ε模型等。由于鍋爐燃燒器的爐腔內(nèi)的氣體流動(dòng)是具有強(qiáng)烈回流和旋轉(zhuǎn)的劇烈湍流，在本實(shí)施例中，所述湍流流動(dòng)模型為對(duì)氣體流動(dòng)帶有旋流修正的可實(shí)現(xiàn)(Realizable)的k-ε模型。所述可實(shí)現(xiàn)的k_ ε模型計(jì)算量小，且?guī)в行餍拚?，有利于?jié)省建模時(shí)間的同時(shí)，提高最終解的精確度。將可實(shí)現(xiàn)的k- ε模型的方程同連續(xù)方程、雷諾平均方程聯(lián)立，建立端流運(yùn)動(dòng)方程組。
[0034]所述燃燒模型采用非預(yù)混燃燒，紊流和化學(xué)的相互作用利用混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)模擬氣相湍流燃燒。
[0035]在三維直角坐標(biāo)系統(tǒng)下，氣體湍流反應(yīng)流守恒控制方程如下:
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種鍋爐燃燒器的建模方法，其特征在于，包括: 建立鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)； 對(duì)所述鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分； 利用所述網(wǎng)格建立湍流流動(dòng)模型、燃燒模型、輻射模型和NOx生成模型； 確立鍋爐燃燒器的邊界條件，并對(duì)湍流流動(dòng)模型、燃燒模型、輻射模型和NOx生成模型的方程求解； 利用所述方程的解對(duì)鍋爐燃燒器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，獲得鍋爐燃燒器的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒器的建模方法，其特征在于，所述湍流流動(dòng)模型為雷諾應(yīng)力模型或可實(shí)現(xiàn)的k-ε模型。
3.如權(quán)利要求2所述的鍋爐燃燒器的建模方法，其特征在于，對(duì)端流流動(dòng)模型進(jìn)行求解的具體步驟包括:將可實(shí)現(xiàn)的k_ ε模型的方程同連續(xù)方程、雷諾平均方程聯(lián)立，建立湍流運(yùn)動(dòng)方程組；同時(shí)，利用有限體積法將微分方程轉(zhuǎn)化為差分方程，差分格式采用二階迎風(fēng)差分格式，對(duì)離散方程組的壓力速度耦合采用經(jīng)典的Simple算法，求解代數(shù)方程采用三對(duì)角矩陣的TDMA算法逐線迭代及低松弛因子聯(lián)合求解。
4.如權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒器的建模方法，其特征在于，所述燃燒模型采用非預(yù)混燃燒，紊流和化學(xué)的相互作用利用單混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)、或者雙混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)模擬氣相湍流燃燒。
5.如權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒器的建模方法，其特征在于，所述輻射模型為離散傳播輻射模型、P-1輻射模型、Rosseland輻射模型、表面輻射模型或離散坐標(biāo)輻射模型。
6.如權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒器的建模方法，其特征在于，所述NOx生成模型為熱力型、快速型和湍流交互模型。
7.如權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒器的建模方法，其特征在于，所述網(wǎng)格劃分的方法包括:對(duì)所述鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分割，并利用網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加密。
8.如權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒器的建模方法，其特征在于，所述網(wǎng)格劃分的方法包括:在中心風(fēng)道軸流風(fēng)道和煤風(fēng)道使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在旋風(fēng)道使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。
9.如權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒器的建模方法，其特征在于，鍋爐燃燒器的邊界條件的選取方法包括:根據(jù)可壓縮流的邊界條件，各風(fēng)道的入口和出口分別選取速度入口和速度出口邊界條件，其余邊界均為固壁。
10.如權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒器的建模方法，其特征在于，建立鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)的具體方法包括:利用計(jì)算機(jī)輔助制造軟件創(chuàng)建鍋爐燃燒器不同部件的截面，并通過(guò)拉伸旋轉(zhuǎn)等命令創(chuàng)建各個(gè)部件，并將創(chuàng)建的各個(gè)部件組合或消減，包括并集、差集、交集等，直至獲得到所需要的鍋爐燃燒器的初始結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103631997SQ201310608133
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】熊建國(guó), 方磊, 王茂貴, 嚴(yán)雨帆, 張明, 謝毅, 張利, 許翀寰, 陳庭貴, 王蓓, 王冰, 劉東升 申請(qǐng)人:浙江工商大學(xué)