基於fluentUDF的鍋爐三分倉迴轉式空氣預熱器換熱計算方法與流程
2024-04-15 08:22:05 1
基於fluent udf的鍋爐三分倉迴轉式空氣預熱器換熱計算方法
技術領域
1.本發明屬於空氣預熱器換熱計算技術領域，特別是一種基於fluent udf的鍋爐三分倉迴轉式空氣預熱器換熱計算方法。
背景技術：
2.三分倉迴轉式空氣預熱器具有結構緊湊、體積小、耗鋼量少的優點，能夠對低溫高壓的一次風和高溫低壓的二次風進行獨立控制，提高了設備運行經濟性和安全性，成為當前大型電站鍋爐空氣預熱器的主流設計方案。多數製造廠家均採用國外引進技術進行熱力計算與結構設計，並不掌握其熱力計算的核心原理與方法。對大量在役電站鍋爐機組，當煤種改變、運行參數或風量變化，或者為保證熱段受熱面不發生腐蝕堵灰，需要合理選擇暖風器進口風溫使熱段最下端金屬受熱面的最低壁溫高於煙氣酸露點溫度，在解決這些實際工程問題時，均需要對空氣預熱器各段受熱面的煙溫與風溫參數進行合理可靠的校核熱力計算。因此，無論從設計或運行，均有必要研究與開發適合三分倉空氣預熱器的熱力計算方法，以適應我國自主工程設計與校核熱力計算的需要。
3.李皓宇等編制熱力計算程序對空預器的換熱過程進行數值求解，但是模擬對象僅為空預器轉子區域，無法研究空預器本體進出口煙風道內加裝導流板等裝置對空預器換熱的影響。馮延鵬利用fluent軟體自帶的多孔介質模型來計算空預器的換熱過程，但未公布轉子區域多孔介質換熱模型的具體計算方法及相關參數。armin heidari-kaydan將空預器轉子區域的換熱過程簡化為局部熱平衡，假設波紋板與流體交界面的溫度一致，與實際換熱過程存在偏差。因此，其改進和創新勢在必行。
技術實現要素：
4.針對上述情況，為克服現有技術之不足，本發明之目的就是提供一種基於fluent udf的鍋爐三分倉迴轉式空氣預熱器換熱計算方法，通過fluent和udf自定義函數建立三分倉迴轉式空氣預熱器的三維流動換熱模型，數值求解空預器內部的流場及溫度場，從而解決當前三分倉迴轉式空氣預熱器三維模型換熱計算難度大的問題。
5.本發明採用的技術方案是：
6.一種基於fluent udf的鍋爐三分倉迴轉式空氣預熱器換熱計算方法，包括以下步驟：
7.s1：建立多孔介質非熱平衡換熱模型；
8.迴轉式空氣預熱器轉子結構比較複雜，它是由一系列的波紋板組成的，這些波紋板把轉子分割成很多間隙。當迴轉式空氣預熱器工作的時候，煙氣就會從這些間隙中流過，然後與波紋板進行熱交換。在計算時，假如將這些縫隙全部的反映在模型中，那麼建立的計算網格很難詳細的描述受熱面附近的流動和傳熱，並且通過迴轉式空氣預熱器轉子受熱面的傳熱過程屬於耦合傳熱，這使得問題更加複雜；因此對迴轉式空氣預熱器的波紋板進行
了簡化，把轉子區域簡化為多孔介質模型，波紋板可以認為是多孔介質固體骨架，而煙氣和空氣可以認為是多孔介質空隙中充滿的流體；
9.對於多孔介質的模擬，不考慮流體在多孔介質內部的流動，只考慮多孔介質對於流動阻力及能量方程產生的影響，多孔介質模型的動量方程是在標準動量方程的後面加上動量方程源項來充當阻力，對於各向同性多孔介質模型：
[0010][0011]
其中，si是i(x,y,or z)動量方程的源項，α是滲透性，μf是流體的動力粘度，單位為pa
·
s,c
inertial
是慣性阻力係數，ρf是流體密度，單位為kg/m3,|u|是速度大小，單位為m/s；ui是微元i的速度，單位為m/s；
[0012]
在三分倉迴轉式空氣預熱器中,傳熱元件是旋轉的，因此採用運動參考系(mrf)方法來考慮矩陣轉速的影響，空預器內流體的相對速度為空預器內波紋板間的孔隙沿徑向和周向的分布是不均勻的，因此將轉子區域視為各向異性多孔介質；結合空預器的結構特點，考慮旋轉多孔介質模型的動量方程源項如式(2)：
[0013][0014]
式中，si是i(x,y,z)動量方程的源項；β是各項異性率，用來表徵多孔材料的各項異性程度；c
viscous
是粘性阻力係數，μf是流體的動力粘度，單位為pa
·
s；c
inertial
是慣性阻力係數；ρf是流體密度，單位為kg/m3；u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率，u是流體的速度，單位m/s；
[0015]
其中空預器轉子的旋轉速度u
rotate
計算公式如式(3)：
[0016]urotate
＝ω
×
(r-r0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0017]
式中，u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；ω是空預器轉子的旋轉角速度，單位為rad/s；r0是網格文件中旋轉中心的坐標；r是網格單元中心的坐標；
[0018]
式(2)中，轉子區域的流動處於層流和湍流不同流動狀態時，c
viscous
及c
inertial
的計算如式(4)～(7)：
[0019]
層流時：
[0020][0021]cinertial
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0022]
式中，c
viscous
是粘性阻力係數；c
inertial
是慣性阻力係數；j是傳質因子，層流狀態下圓形通道的j取64，本發明多孔介質的孔隙形狀用圓管；a
sf
是面密度，是流固交界面的面積與多孔區域體積的比值，單位1/m；dh是空預器轉子區域波紋板孔隙的水力直徑，用於考慮不同通道形狀的影響，單位為m；
[0023]
湍流時：
[0024]cviscous
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0025][0026]
式中，c
viscous
是粘性阻力係數；c
inertial
是慣性阻力係數；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率；dh是空預器轉子區域波紋板孔隙的水力直徑，用於考慮不同通道形狀的影響，單位為m；re是雷諾數，用相對速度計算，如式(8)：
[0027][0028]
式中，ρf是流體密度，單位為kg/m3；u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；dh是空預器轉子區域波紋板孔隙的水力直徑，用於考慮不同通道形狀的影響，單位為m；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率；μf是流體的動力粘度，單位為pa
·
s，u是流體的速度，單位m/s；
[0029]
空預器轉子區域的波紋板與流體交界面的的局部溫差不能忽略，存在對流換熱，因此選用多孔介質非熱平衡能量方程求解空預器轉子區域的換熱過程。考慮空預器的旋轉特性，建立空預器多孔介質區域的流體能量方程和多孔固體骨架能量方程如下：
[0030][0031][0032]
式中，ρf是流體密度，單位為kg/m3；c
pf
是流體比熱容，單位為j/kg/k；u是流體的速度，單位m/s；tf是流體溫度，單位是k；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率；λf是流體的熱導率，單位為w/m/k；a
sf
是面密度，是轉子流固交界面的面積與多孔區域體積的比值，單位1/m；h
sf
是空預器轉子區域的波紋板與交界面流體的對流換熱係數，計算如式(11)，單位是w/m2/k；ts是多孔介質固體骨架的溫度，即波紋板溫度，單位是k；ρs是空預器波紋板的密度，單位為kg/m3；c
ps
是波紋板比熱容，單位為j/kg/k；u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；λs是波紋板的熱導率，單位為w/m/k；
[0033][0034]
式中，h
sf
是空預器轉子區域的波紋板與交界面流體的對流換熱係數，單位是w/m2/k；η是與圓光管相比的強化換熱係數；λf是流體的熱導率，單位為w/m/k；dh是空預器轉子區域波紋板孔隙的水力直徑，用於考慮不同通道形狀的影響，單位為m；nu是圓光管的努塞爾數，轉子區域的流動在層流和湍流不同流動狀態時，圓光管的nu數的計算如下：
[0035]
層流時：
[0036]
nu＝3.66
[0037]
湍流時：
[0038]
nu＝0.023re
0.8
pr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0039][0040]
式中，re是雷諾數，計算式如式(8)；μf是流體的動力粘度，單位為pa
·
s；c
pf
是流體
比熱容，單位為j/kg/k；λf是流體的熱導率，單位為w/m/k；
[0041]
s2：依據空預器的結構特點，建立求解區域的三維幾何模型，選取網格類型劃分網格，確定邊界，並對邊界命名；
[0042]
s3：選擇求解器；
[0043]
s4：將s2繪製完成的網格導入fluent中，調整網格的尺寸比例與實際幾何模型大小一致，並檢查網格；
[0044]
s5：構建自定義函數udf，自定義函數udf的建立包括以下步驟：
[0045]
(1)建立流體的熱導率隨溫度變化的自定義函數，流體的熱導率與溫度的函數關係式為：λf＝0.0249+5.989e-05*(t-273.15)，其中λf為流體的熱導率，單位為w/m/k，t為流體的溫度，單位為k；
[0046]
(2)建立多孔介質固體的有效導熱係數自定義函數,其中λ
s-eff
為固體的有效導熱係數，單位為w/m/k；λs為多孔介質固體骨架(即波紋板)的導熱係數，單位為w/m/k；為多孔介質的孔隙率；
[0047]
(3)建立旋轉多孔介質模型的動量方程源項：
[0048][0049]
其中，si是i(x,y,z)動量方程的源項；β是各項異性率，用來表徵多孔材料的各項異性程度；c
viscous
是粘性阻力係數，μf是流體的動力粘度，單位為pa
·
s；c
inertial
是慣性阻力係數；ρf是流體密度，單位為kg/m3；u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率；u是流體的速度，單位m/s；
[0050]
(4)建立空預器轉子區域的流體能量方程源項：
[0051]
source_tf＝a
sfhsf
(t
s-tf)，
[0052]
其中：a
sf
是面密度，是轉子流固交界面的面積與多孔區域體積的比值，單位1/m；h
sf
是空預器轉子區域的波紋板與交界面流體的對流換熱係數，計算如式(11)，單位是w/m2/k；ts是多孔介質固體骨架的溫度，即波紋板溫度，單位是k；tf是流體溫度，單位是k；
[0053]
(5)建立空預器轉子區域的多孔固體骨架能量方程源項：
[0054]
source_ts＝-a
sfhsf
(t
s-tf)，
[0055]
其中：a
sf
是面密度，是轉子流固交界面的面積與多孔區域體積的比值，單位1/m；h
sf
是空預器轉子區域的波紋板與交界面流體的對流換熱係數，計算如式(11)，單位是w/m2/k；ts是多孔介質固體骨架的溫度，即波紋板溫度，單位是k；tf是流體溫度，單位是k；
[0056]
(6)建立空預器轉子區域的多孔固體骨架能量方程：
[0057][0058]
式中，tf是流體溫度，單位是k；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率；a
sf
是面密度，是轉子流固交界面的面積與多孔區域體積的比值，單位1/m；h
sf
是空預器轉子區域的波紋板與交界面流體的對流換熱係數，計算如式(11)，單位是w/m2/k；ts是多孔介質固體骨架的溫度，即波紋板溫度，單位是k；ρs是空預器波紋板的密度，單位為kg/m3；c
ps
是波紋板比熱容，單位為j/kg/k；u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；λs是波紋板的熱導率，單位為w/m/k；
[0059]
s6：通過用戶定義的方式導入構建的自定義函數udf，依次按照定義(define)、用戶自定(user-defined)、函數(functions)和應用(compiled)的流程導入構建的自定義函數udf；
[0060]
s7：選擇需要求解的湍流能量方程；
[0061]
s8：設置流體材料的物理性質；
[0062]
s9：域條件設置，設置空預器轉子區域為流體域，並設置相關參數；
[0063]
s10：設置邊界條件，調節解的控制參數；
[0064]
s11：邊界初始化並設置迭代參數，進行計算；
[0065]
s12：查看殘差圖，計算收斂後，統計煙氣出口面、一次風出口面、二次風出口面的平均溫度，並與鍋爐熱力計算書中對應的平均溫度對比，若誤差在5％之內，則仿真計算結果準確，結束計算，輸出計算結果；若誤差超過5％，則採用混合網格或結構化網格的網格劃分方法對s2的幾何模型重新劃分網格，提高網格質量，並重複s3-s12的計算步驟；
[0066]
s13：計算結果後處理:輸出步驟s12中的模擬圖形數據，得到空預器整體三維模型的速度、壓力、溫度的雲圖和矢量圖，轉子區域的固體骨架(即波紋板)溫度雲圖，以及煙氣出口面、一次風出口面、二次風出口面的平均溫度和平均速度，完成一種基於fluent udf的電站鍋爐三分倉迴轉式空氣預熱器換熱計算方法，為空預器設計、暖風器的投運方式以及避免冷段低溫腐蝕方案的研發提供理論基礎。
[0067]
優選的，所述步驟s2中，確定邊界，並對邊界命名指的是對幾何模型中的面進行命名，命名煙氣入口面為inlet-flue，命名煙氣出口面為outlet-flue，命名一次風入口面為inlet-primary，命名一次風出口面為outlet-primary，命名二次風入口面為inlet-secondary，命名二次風出口面為outlet-secondary，命名轉子內壁面為wall-axis，命名空預器轉子區域為part-porous，命名其他面為wall2。
[0068]
優選的，所述步驟s3中，選擇的求解器為三維雙精度求解器。
[0069]
優選的，所述步驟s7中，選擇需要求解的湍流能量方程為standard k-ε的湍流能量方程。
[0070]
優選的，所述步驟s8中，流體的物理性質設置包括：將流體設置為不可壓縮理想氣體；設置比熱容與溫度的函數關係式為：c
pf
＝1059.974-0.1535141t+0.0002943t2；設置粘度與溫度的函數關係式為：μf＝7.33724e-06+3.662e-08t；其中，c
pf
為流體比熱容，單位為j/kg/k，μf為流體動力粘度，單位為pa
·
s，t為流體的開氏溫度，單位為k；在熱導率參數設定時，調用流體的熱導率隨溫度變化的自定義函數；同時導入固體有效導熱係數的自定義函數。
[0071]
優選的，所述步驟s9中，將空預器轉子區域設置為層流區域,並導入旋轉多孔介質模型的動量方程源項si，空預器轉子區域的流體能量方程源項(source_tf)及空預器轉子區域的多孔固體骨架能量方程源項(source_ts)。
[0072]
優選的，所述步驟s10中，設置邊界條件包括：設定煙氣、一次風、二次風的入口邊界類型均為質量流量入口，並設定對應入口的質量流量及入口溫度；設定煙氣出口、一次風出口、二次風出口的邊界類型為壓力出口。優選的，煙氣、一次風、二次風的入口質量流量及入口溫度參照步驟s2中建立的空預器模型對應的鍋爐熱力計算書中的空預器熱力參數；設定煙氣出口壓力為-3000pa，一次風出口壓力為8000pa，二次風出口壓力為1500pa；求解算
法的選擇：採用壓力速度耦合算法的simple模式，能量方程的鬆弛因子設為0.999，壓力修正方程採用presto模式，其他方程的差分格式選擇一階迎風。
[0073]
本發明利用fluent和udf自定義函數，建立迴轉式空氣預熱器的三維流體動力學傳熱模型，數值求解空氣預熱器內部的流場及溫度場，能夠對三分倉迴轉式空氣預熱器的各種工況進行計算，從而對空預器設計、暖風器的投運以及避免冷段低溫腐蝕方案的探尋提供理論指導。與現有技術相比，具有以下優點：
[0074]
(1)本發明提出一種基於fluent udf的電站鍋爐三分倉迴轉式空氣預熱器換熱計算方法，建立空預器的整體三維幾何模型，藉助於fluent和udf自定義函數建立三分倉迴轉式空氣預熱器的三維流動換熱模型，構建了空預器轉子區域的多孔介質非熱平衡換熱模型，定義了多孔介質動量方程源項及對流換熱源項，並在fluent軟體相應設置中調用這些函數，即可實現三分倉迴轉式空氣預熱器的三維流動換熱數值模擬，得到極其複雜的流場及溫度場分布，進而直觀分析空預器的換熱過程，從而對空預器設計、暖風器的投運方式以及避免冷段低溫腐蝕提供理論基礎。
[0075]
(2)本發明方法構建了空預器轉子區域的多孔介質非熱平衡換熱模型，建立了多孔介質區域的流體能量方程和多孔固體骨架能量方程，考慮了空預器轉子區域的波紋板與流體交界面之間的對流換熱過程，沒有忽略局部溫差，模擬過程更接近實際情況，誤差較小。
[0076]
(3)本發明方法建立了空預器轉子區域分別處於層流和湍流不同流動狀態時，粘性阻力係數、慣性阻力係數以及對流換熱係數的差異算法，可以計算空預器轉子區域處於不同流動狀態時的換熱過程。
[0077]
(4)本發明利用udf自定義函數自定義流體的熱導率與溫度的函數，並且構建了比熱容與溫度以及粘度與溫度的關聯式，使得流體物性參數更接近實際情況，誤差較小。
[0078]
(5)本發明利用udf自定義函數構建了空預器多孔介質區域的多孔固體骨架能量方程，可得到空預器轉子區域的流體溫度及波紋板溫度，從而為尋求空預器冷段低溫腐蝕治理方案提供理論指導。
附圖說明
[0079]
圖1為本發明的整體流程圖；
[0080]
圖2為本發明的三分倉迴轉式空氣預熱器三維幾何模型示意圖；
[0081]
圖3為本發明實施例的三分倉迴轉式空氣預熱器流體溫度雲圖；
[0082]
圖4為本發明實施例的三分倉迴轉式空氣預熱器轉子區域波紋板溫度雲圖。
具體實施方式
[0083]
結合附圖和實施例對本發明的具體實施方式作進一步詳細說明。
[0084]
實施例一：
[0085]
某電廠600mw機組空預器為三分倉迴轉式空氣預熱器，運行中出現波紋板腐蝕、減薄嚴重，堵灰板結的現象，引風機阻力劇增。由於空氣預熱器下部的煙氣溫度不高，壁溫常低於煙氣露點。硫酸蒸氣會凝結在預熱器受熱面上，造成硫酸腐蝕。為了探究原因，需對空預器的溫度場進行計算,從而為空預器低溫腐蝕治理提供理論指導。
[0086]
一種基於fluent udf的電站鍋爐三分倉迴轉式空氣預熱器換熱計算方法，結合附圖1對實施例作進一步闡述，包括以下步驟：
[0087]
s1：建立多孔介質非熱平衡換熱方程；
[0088]
在三分倉迴轉式空氣預熱器中,傳熱元件是旋轉的，因此採用運動參考系(mrf)方法來考慮矩陣轉速的影響，空預器內流體的相對速度為空預器內波紋板間的孔隙沿徑向和周向的分布是不均勻的，因此將轉子區域視為各向異性多孔介質；結合空預器的結構特點，考慮旋轉多孔介質模型的動量方程源項如式(2)：
[0089][0090]
式中，si是i(x,y,z)動量方程的源項；β是各項異性率，用來表徵多孔材料的各項異性程度；c
viscous
是粘性阻力係數，μf是流體的動力粘度，單位為pa
·
s；c
inertial
是慣性阻力係數；ρf是流體密度，單位為kg/m3；u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率，u是流體的速度，單位m/s；
[0091]
其中空預器轉子的旋轉速度u
rotate
計算公式如式(3)：
[0092]urotate
＝ω
×
(r-r0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0093]
式中，u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；ω是空預器轉子的旋轉角速度，單位為rad/s；r0是網格文件中旋轉中心的坐標；r是網格單元中心的坐標；
[0094]
式(2)中，轉子區域的流動處於層流和湍流不同流動狀態時，c
viscous
及c
inertial
的計算如式(4)～(7)：
[0095]
層流時：
[0096][0097]cinertial
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0098]
式中，c
viscous
是粘性阻力係數；c
inertial
是慣性阻力係數；j是傳質因子，層流狀態下圓形通道的j取64，本發明多孔介質的孔隙形狀用圓管；a
sf
是面密度，是流固交界面的面積與多孔區域體積的比值，單位1/m；dh是空預器轉子區域波紋板孔隙的水力直徑，用於考慮不同通道形狀的影響，單位為m；
[0099]
湍流時：
[0100]cviscous
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0101][0102]
式中，c
viscous
是粘性阻力係數；c
inertial
是慣性阻力係數；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率；dh是空預器轉子區域波紋板孔隙的水力直徑，用於考慮不同通道形狀的影響，單位為m；re是雷諾數，用相對速度計算，如式(8)：
[0103]
[0104]
式中，ρf是流體密度，單位為kg/m3；u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；dh是空預器轉子區域波紋板孔隙的水力直徑，用於考慮不同通道形狀的影響，單位為m；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率；μf是流體的動力粘度，單位為pa
·
s，u是流體的速度，單位m/s；
[0105]
空預器轉子區域的波紋板與流體交界面的的局部溫差不能忽略，存在對流換熱，因此選用多孔介質非熱平衡能量方程求解空預器轉子區域的換熱過程。考慮空預器的旋轉特性，建立空預器多孔介質區域的流體能量方程和多孔固體骨架能量方程如下：
[0106][0107][0108]
式中，ρf是流體密度，單位為kg/m3；c
pf
是流體比熱容，單位為j/kg/k；tf是流體溫度，單位是k；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率；λf是流體的熱導率，單位為w/m/k；a
sf
是面密度，是轉子流固交界面的面積與多孔區域體積的比值，單位1/m；h
sf
是空預器轉子區域的波紋板與交界面流體的對流換熱係數，計算如式(11)，單位是w/m2/k；ts是多孔介質固體骨架的溫度，即波紋板溫度，單位是k；ρs是空預器波紋板的密度，單位為kg/m3；c
ps
是波紋板比熱容，單位為j/kg/k；u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；λs是波紋板的熱導率，單位為w/m/k，u是流體的速度，單位m/s；
[0109][0110]
式中，h
sf
是空預器轉子區域的波紋板與交界面流體的對流換熱係數，單位是w/m2/k；η是與圓光管相比的強化換熱係數；λf是流體的熱導率，單位為w/m/k；dh是空預器轉子區域波紋板孔隙的水力直徑，用於考慮不同通道形狀的影響，單位為m；nu是圓光管的努塞爾數，轉子區域的流動在層流和湍流不同流動狀態時，圓光管的nu數的計算如下：
[0111]
層流時：
[0112]
nu＝3.66
[0113]
湍流時：
[0114]
nu＝0.023re
0.8
pr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0115][0116]
式中，re是雷諾數，計算式如式(8)；μf是流體的動力粘度，單位為pa
·
s；c
pf
是流體比熱容，單位為j/kg/k；λf是流體的熱導率，單位為w/m/k；
[0117]
s2：建立求解區域的幾何模型，圖2為空預器三維幾何模型示意圖，包含空預器轉子區域、煙氣入口、煙氣出口、一次風入口、一次風出口、二次風入口、二次風出口，並對三維幾何模型進行網格剖分，採用非結構化網格，計算網格數為10654320。對幾何模型中的面進行命名，命名煙氣入口面為inlet-flue，命名煙氣出口面為outlet-flue，命名一次風入口面為inlet-primary，命名一次風出口面為outlet-primary，命名二次風入口面為inlet-secondary，命名二次風出口面為outlet-secondary，命名轉子內壁面為wall-axis，命名空預器轉子區域為part-porous，命名其他面為wall2；
[0118]
s3：選擇求解器為三維雙精度求解器；
[0119]
s4：將步驟s2繪製完成的網格導入fluent中，調整網格的尺寸比例與實際幾何模型大小一致，並檢查網格；
[0120]
s5：構建自定義函數udf，自定義函數udf的建立包括以下步驟：
[0121]
(1)建立流體的熱導率隨溫度變化的自定義函數，流體的熱導率與溫度的函數關係式為：λf＝0.0249+5.989e-05
×
(t-273.15)，其中λf為流體的熱導率，單位為w/m/k，t為流體的溫度，單位為k；
[0122]
(2)建立多孔介質固體的有效導熱係數自定義函數,其中λ
s-eff
為固體的有效導熱係數，單位為w/m/k；λs為多孔介質固體骨架(即波紋板)的導熱係數，單位為w/m/k；為多孔介質的孔隙率；
[0123]
(3)建立旋轉多孔介質模型的動量方程源項：
[0124]
si是i(x,y,z)動量方程的源項；β是各項異性率，用來表徵多孔材料的各項異性程度；c
viscous
是粘性阻力係數，μf是流體的動力粘度，單位為pa
·
s；c
inertial
是慣性阻力係數；ρf是流體密度，單位為kg/m3；u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率，u是流體的速度，單位m/s；
[0125]
(4)建立空預器轉子區域的流體能量方程源項：source_tf＝a
sfhsf
(t
s-tf)，a
sf
是面密度，是轉子流固交界面的面積與多孔區域體積的比值，單位1/m；h
sf
是空預器轉子區域的波紋板與交界面流體的對流換熱係數，計算如式(11)，單位是w/m2/k；ts是多孔介質固體骨架的溫度，即波紋板溫度，單位是k；tf是流體溫度，單位是k；
[0126]
(5)建立空預器轉子區域的多孔固體骨架能量方程源項：source_ts＝-a
sfhsf
(t
s-tf)，a
sf
是面密度，是轉子流固交界面的面積與多孔區域體積的比值，單位1/m；h
sf
是空預器轉子區域的波紋板與交界面流體的對流換熱係數，計算如式(11)，單位是w/m2/k；ts是多孔介質固體骨架的溫度，即波紋板溫度，單位是k；tf是流體溫度，單位是k；
[0127]
(6)建立空預器轉子區域的多孔固體骨架能量方程：
[0128][0129]
式中，tf是流體溫度，單位是k；是空預器轉子區域波紋板的孔隙率；a
sf
是面密度，是轉子流固交界面的面積與多孔區域體積的比值，單位1/m；h
sf
是空預器轉子區域的波紋板與交界面流體的對流換熱係數，計算如式(11)，單位是w/m2/k；ts是多孔介質固體骨架的溫度，即波紋板溫度，單位是k；ρs是空預器波紋板的密度，單位為kg/m3；c
ps
是波紋板比熱容，單位為j/kg/k；u
rotate
是空預器轉子的旋轉速度，單位為m/s；λs是波紋板的熱導率，單位為w/m/k；
[0130]
s6：通過用戶定義的方式導入構建的自定義函數udf，依次按照定義(define)、用戶自定(user-defined)、函數(functions)和應用(compiled)的流程導入構建的自定義函數udf。
[0131]
s7：選擇需要求解的湍流能量方程：standard k-ε湍流能量方程；
[0132]
s8：設置流體材料的物理性質，流體的物理性質設置包括：將流體設置為不可壓縮理想氣體；設置比熱容與溫度的函數關係式為：c
pf
＝1059.974-0.1535141t+0.0002943t2；
設置粘度與溫度的函數關係式為：μf＝7.33724e-06+3.662e-08t；其中c
pf
為流體比熱容，單位為j/kg/k，μf為流體動力粘度，單位為pa
·
s，t為流體的開氏溫度，單位為k；在熱導率參數設定時，調用流體的熱導率隨溫度變化的自定義函數，同時導入固體有效導熱係數的自定義函數；
[0133]
s9：域條件設置，將空預器轉子區域設置為層流區域，並導入旋轉多孔介質模型的動量方程源項si，空預器轉子區域的流體能量方程源項(source_tf)及空預器轉子區域的多孔固體骨架能量方程源項(source_ts)；
[0134]
s10：設置邊界條件，設定煙氣、一次風、二次風的入口邊界類型均為質量流量入口，參照鍋爐熱力計算書空預器設計參數的某工況，入口質量流量、入口溫度設置如表1；設定煙氣出口為壓力出口，壓力為-3000pa；設定一次風出口為壓力出口，壓力為8000pa；設定二次風出口為壓力出口，壓力為1500pa。求解算法的選擇：壓力速度耦合選擇simple模式，能量方程的鬆弛因子設為0.999，壓力修正方程採用presto模式，其他方程的差分格式選擇一階迎風；
[0135]
表1
[0136] 煙氣入口一次風入口二次風入口入口質量流量(kg/s)323.3357.21246.5入口溫度(k)661299295
[0137]
s11：邊界初始化並設置迭代參數，進行計算；
[0138]
s12：查看殘差圖，計算收斂後，統計煙氣出口面、一次風出口面、二次風出口面的平均溫度，並與熱力計算書中對應的平均溫度對比，如表2所示，可以看出，仿真得到的煙氣出口面、一次風出口面、二次風出口面的平均溫度和熱力計算書中對應的平均溫度誤差在5％之內，說明仿真計算結果準確，結束計算，輸出計算結果。
[0139]
表2
[0140][0141]
s13：計算結果後處理:輸出s12中的模擬圖形數據，得到空預器整體三維模型的速度、壓力、溫度的雲圖和矢量圖，轉子區域的固體骨架(即波紋板)溫度雲圖以及煙氣出口面、一次風出口面、二次風出口面的平均溫度和平均速度。圖3為本發明的三分倉迴轉式空氣預熱器流體溫度雲圖；圖4為本發明的三分倉迴轉式空氣預熱器轉子區域波紋板溫度雲圖，雲圖左邊標尺uds_ts代表轉子區域的波紋板溫度，單位(k)，完成一種基於fluent udf的電站鍋爐三分倉迴轉式空氣預熱器換熱計算方法。
[0142]
實施例2
[0143]
本實施方式與實施例1不同點是：s2中建立的求解區域的三維幾何模型包含導流板等裝置。導流板等裝置可設置在煙氣入口或煙氣出口或一次風入口或一次風出口或二次
風入口或二次風出口的煙風道內。其他步驟與具體實施例1相同。
[0144]
本實施例的優點：
[0145]
本實施例在空預器本體進出口煙風道內加裝導流板等裝置，可以研究導流板等裝置對空預器流場及溫度場的影響，進而為尋求避免冷段低溫腐蝕方案提供思路。
[0146]
實施例3
[0147]
本實施方式與實施例1不同點是：s2中建立的求解區域的三維幾何模型僅包含轉子，不包含煙氣入口、煙氣出口、一次風入口、一次風出口、二次風入口、二次風出口部分。其他步驟與具體實施例1相同。
[0148]
應當認識到，本發明的實施例可以由計算機硬體、硬體和軟體的組合、或者通過存儲在非暫時性計算機可讀存儲器中的計算機指令來實現或實施。所述方法可以使用標準編程技術-包括配置有電腦程式的非暫時性計算機可讀存儲介質在電腦程式中實現，其中如此配置的存儲介質使得計算機以特定和預定義的方式操作—根據在具體實施例中描述的方法和附圖。
[0149]
進一步，所述方法可以在可操作地連接至合適的任何類型的計算平臺中實現，包括但不限於個人電腦、迷你計算機、主框架、工作站、網絡或分布式計算環境、單獨的或集成的計算機平臺、或者與帶電粒子工具或其它成像裝置通信等等。本發明的各方面可以以存儲在非暫時性存儲介質或設備上的機器可讀代碼來實現，無論是可移動的還是集成至計算平臺，如硬碟、光學讀取和/或寫入存儲介質、ram、rom等，使得其可由可編程計算機讀取，當存儲介質或設備由計算機讀取時可用於配置和操作計算機以執行在此所描述的過程。此外，機器可讀代碼，或其部分可以通過有線或無線網絡傳輸。當此類媒體包括結合微處理器或其他數據處理器實現上文所述步驟的指令或程序時，本文所述的發明包括這些和其他不同類型的非暫時性計算機可讀存儲介質。當根據本發明所述的方法和技術編程時，本發明還包括計算機本身。
[0150]
最後需要說明的是，以上實施例僅用於說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明的技術方案進行了詳細說明，本領域技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的保護範圍當中。