ГЛАВА 2
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ТРЁХХОДОВЫХ ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛАХ
Для изучения процессов протекающих в топке при установке вторичного излучателя
необходимо создать аналитическую модель для определения компонент скоростей.
Зная распределение скоростей по нижеприведенной зависимости, можно найти
температурное распределение, из которого можно определить коэффициент
теплопередачи и найти количественное значение теплового потока в топке котла с
вторичным излучателем [1].
Расчет основных параметров моделирования для жаротрубного водогрейного котла
можно представить блок - схемой (рис.2.1).
Рис. 2.1. Блок-схема алгоритма расчета коэффициента рециркуляции и компонент
скоростей в кольцевом и щелевом каналах,
где: - расстояние между кромкой огневой трубы и внутренней обмуровкой
фронтальной стенки котла; Э - коэффициент рециркуляции; - радиус бифуркации;
- радиус огневой трубы; - радиус жаровой трубы;, - координаты оси
i - дымогарной трубы; a, b – безразмерные параметры, которые зависят от
геометрии топочного пространства и координат размещения в нём вторичного
излучателя;
Q – объём (расход) дымовых газов; - значение осевой скорости в кольцевом
канале.
32
В виду сложной формы конструкции котла расчетные области условно разбиты на два
участка: кольцевой и щелевой зазоры.
Кольцевой зазор образуется между наружной стенкой «огневой трубы» и внутренней
стенкой жаровой трубы. Он рассматривался при расчётах преимущественно в сечении
соосно фронтальной трубной доске. Необходимость аналитического исследования
данной области котла связана с определением количества транзитных и
рециркуляционных дымовых топочных газов, идущих на повторный дожег.
Щелевой зазор образуется между фронтальной кромкой вторичного излучателя и
внутренней обмуровкой передней дверцы котла. Вследствие неравномерного
ассиметричного распределения объёма топочных газов по пучку дымогарных труб в
котле их влияние на теплопередачу котловой воде различно. С помощью мероморфной
функции, у которой количество полюсов равно количеству дымовых труб, удалось
рассчитать значения компонент скоростей на входе в дымовую трубу в полярных
координатах.
Созданные аналитические модели компонент скорости должны рассматриваться
совместно при решении задач, связанных с тепломассопереносом численными
методами в дымогарном жаротрубном котле типа «Виктор». При расчётах общего
расхода дымовых газов сделано допущение о суммировании расходов единичных
слоёв, что позволило провести расчёты компонент скоростей, которые выражены
дробно-линейными функциями. Вторичный излучатель в виде «огневой трубы»
рассматривался как гладкий цилиндр, установленный по центральной оси
горелочного устройства. Оребрение вторичного излучателя в расчётах не
учитывалось и поправочные коэффициенты не вводились. Форма излучателя была
испытана впоследствии на действующем оборудовании. Принятые допущения позволили
построить модель неполного подобия, базирующуюся исключительно на
геометрических и объёмных параметрах. Предложенный метод расчёта не может
рассматриваться как частный и даёт возможность полнее понять процессы,
протекающие в топочной камере.
2.1. Аэродинамика кольцевого газового канала топки котла.
На выходе из кольцевого канала продукты сгорания разделяются на два потока:
один поступает в конвективный пучок, а второй возвращается в топку. Поле
скоростей в этой области можно принять осесимметричным, а форму средних
траекторий частиц продуктов сгорания достаточно ограничить кривыми второго
порядка (рис.2.2).
а)
1.- Жаровая труба;
2. - Устье горелки;
3.- Топливная дюза;
4.- Щелевой зазор;
5.- Вторичный излучатель-
«огневая труба»;
6.- «Огневой мешок».
б)
Lт – длина топки;
Lм – длина «огневого мешка»;
Lи - длина вторичного излучателя;
h – длина щелевого зазора;
r1 – радиус вторичного излучателя;
r2 – радиус жаровой трубы;
r0 – радиус бифуркации.
Рис.2.2. Схема движения газовых потоков в топке с вторичным излучателем, где а)
аксонометрия расчётной области, б) вертикальное сечение топки по центральной
оси горелочного устройства
При допущении об эквидистантности траекторий каждый из двух разделенных потоков
получит однопараметрическое семейство линий тока:
(2.1)
В уравнении 2.1 пять коэффициентов однозначно определяют кривую второго порядка
(коническое сечение), а шестой коэффициент является параметром семейства
траекторий. Линии тока
(2.2)
с учетом (2.1) имеют вид
. (2.3)
Распределение плотности газа представим тремя значениями , усредненными по трем
областям: на выходе кольцевого канала, в пространстве между жаровой трубой и
трубным пучком, внутри трубного пучка. Это позволяет упростить уравнение
неразрывности. На выходе кольцевого канала, в координатах, оно запишется в
виде:
(2.4)
Из (2.3) – (2.4) следует
откуда находим линейное дифференциальное уравнение
(2.5)
где
Граничные условия отражают отсутствие радиальной скорости на стенках и на линии
раздела потоков:
Запишем характеристическую систему уравнения 2.5 в виде:
(2.6)
Последнее уравнение - dz/dr в 2.6 имеет решение, совпадающее с решением
относительно z алгебраического уравнения (2.1), т.е.
(2.7)
Знак «+» принимается перед корнем в интервале (0, r2), а знак « - 2 » в
интервале (-r2, 0).
Вторую характеристику найдем, интегрируя второе уравнение 2.6 после подстановки
в него 2.7. Тогда в интервале (0, r2) получим
где
После упрощений запишем окончательно
- Київ+380960830922