CFD-моделювання сепарації пари в барабан-сепараторі котла типу ГМ-50 (Е-50-3,9-440ГМ)

Анотація

Процеси, що супроводжують випаровування, мають складну фізичну природу. Їх характеризує сильна нелінійність як у динаміці, так і у взаємозв’язках термофізичних властивостей робочого середовища. Ключові параметри, такі як ступінь перегріву чи локальна швидкість пароутворення, є важкими для точного вимірювання та прогнозування. Ці складнощі обумовлюють високі вимоги до точності чисельного моделювання та обґрунтованого вибору математичних моделей, які здатні відтворити основні фізичні механізми пароутворення в умовах природної циркуляції. В роботі представлені результати дослідження процесу сепарації водяної пари в просторі комп’ютерної моделі барабан-сепаратора котельного агрегату ГМ-50 (Е-50-3,9-440ГМ), що виконана за допомогою програми ANSYS Student, що є безкоштовною (з 2015 року) і призначеною для вирішення ознайомлювальних і освітніх задач в академічному середовищі. В якості граничних умов задавалися значення швидкості руху пароводяної суміші, що надходить з екранних труб котла типу ГМ-50-1. Об’єкт дослідження – це процеси теплообміну і гідродинаміки, що мають місце при випаровуванні пароводяної суміші в трубах, що екранують стінки паливні котла ГМ-50 (Е-50-3,9-440ГМ) і при її сепарації в барабан-сепараторі цього котла. Предметом дослідження є термодинамічні параметри пароводяної суміші в контурі природньої циркуляції котла ГМ-50 (Е-50-3,9- 440ГМ). Моделювання дозволило визначити витрата робочого тіла в кип’ятильних трубах котла і розташування «дзеркала випаровування» в його барабан-сепараторі, що є критичним для його функціонування. Оскільки експериментальних даних щодо значень паровмісту немає для оцінки адекватності моделі керувались вимогами експлуатації таких барабанів. Результати верифікації свідчить, що значення відхилення результатів розрахунків CFD-моделі від значень середнього об’ємному паровмісту, що визначений за аналітичною методикою знаходяться в межах від 9 до 18 %. Такий результат викликаний як припущеннями аналітичної методики так і обмеженнями студентської версії ANSYS. В будь-якому випадку моделювання дозволило проаналізувати динаміки генерації пари кип’ятильних трубах контуру природньої циркуляції котла ГМ-50 (Е-50-3,9-440ГМ) в умовах нерівномірності поля температур на бічних стінках котла і визначити параметри пароводяної суміші на виході з кип’ятильних труб.