[發明專利]一種凝汽器超聲波除垢器的建模仿真方法

在審

• 申請號: 202010869581.8
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112182836A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 王敏;葛欣;王克棟
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 顏盈靜

本發明公開了一種凝汽器超聲波除垢器的建模仿真方法，根據具體的凝汽器結構參數，構建了一系列不同超聲波入口模式的凝汽器的參數化模型，用超聲波聲壓函數模擬超聲波除垢器的作用，可以更加精確模擬超聲波除垢器對凝汽器內流場的作用效果，即利用Solidworks?Fluent聯合仿真的方法，編寫超聲波聲壓函數的程序，將各凝汽器參數化模型與不同的超聲波聲壓進行組合，通過對比不同超聲波入口模式和不同超聲波聲壓函數的組合，超聲波除垢器數量、功率大小、功率分散性、頻率組合、布置位置各因素對凝汽器超聲波除垢效果的影響，并針對N?20910型凝汽器的除垢器安裝提出了參數優化建議。

技術領域

本發明涉及超聲波除垢領域，具體涉及一種凝汽器超聲波除垢器的建模仿真方法。

背景技術

隨著工業化、現代化的飛速發展，人類對能源的需求量和消耗量正在日益增加，化石能源短缺問題日益嚴重。我國大力倡導節能型經濟和可持續發展，節能減排已成為考察企業運行的重要指標之一。電力工業在能源工業中扮演著非常關鍵的角色，而凝汽設備對于火力發電機組來說是非常重要的熱交換設備。

有研究結果表明，90％以上的換熱設備存在著不同程度的結垢問題。凝汽器冷卻管結垢后，會大大增加傳熱阻力，從而降低換熱設備的傳熱系數和熱交換效率，導致汽輪機的排汽溫度及壓力升高而輸出功率減小。據統計資料，在保持進汽溫度一定的情況下，若排汽溫度每降低10％，則機組效率能夠提高3.5％左右。按照全國火力發電機組總裝機容量約3.5億千瓦進行折算，相當于污垢每年造成的經濟損失超過42億元。因此，探索有效的方法，以較低的投入成本取得最佳的防垢除垢效果十分重要。

傳統的凝汽器除垢方法主要分為離線清洗和在線清洗。離線清洗主要是高壓水射流清洗，在線清洗一般是膠球清洗或化學清洗。近年來科研人員對新型除垢方式進行了深入探究，研發出了智能電磁儲能式抑菌除垢系統、高壓水射流機器人在線清洗、靜電除垢、超聲波除垢等一系列經濟、環保、高效的新型凝汽器除垢技術。高壓水射流清洗的弊端在于啟、停機消耗很多勞力和時間，產生高昂的費用，特別是對帶基本負荷的大機組來說，不可能經常停機清洗。膠球清洗存在的問題是清洗不徹底，化學清洗通常為酸清洗，其弊端是酸性試劑會腐蝕凝汽器銅管。機器人清洗對伺服驅動系統和檢測傳感裝置要求很高，而且機器人長期水下作業，關節處的回轉密封是很大考驗。靜電水處理法在美國、日本等工業發達國家被廣泛應用于工業水處理，國內用靜電法對凝汽器除垢的技術尚不成熟。超聲波技術的優勢在于不僅可以除垢還可以防垢，而且無論在凝汽器的管壁上是否結垢，超聲波都可以增強凝汽器的傳熱，提高換熱效率，在國內電廠已經有大量應用實例。深入研究超聲波除垢效果的影響因素，優化配置參數，提高除垢效率，對凝汽器無垢運行和節能降耗具有重要意義。

發明內容

本發明目的：為了深入研究超聲波除垢效果的影響因素，提高除垢效率，本發明提出了一種凝汽器超聲波除垢器的建模仿真方法，基于N-20910型凝汽器的結構參數，構建了一系列不同超聲波入口模式的凝汽器的參數化模型，利用Solidworks-Fluent聯合仿真的方法，編寫超聲波聲壓函數的程序，將各凝汽器參數化模型與不同的超聲波聲壓進行組合，對比分析了超聲波除垢器數量、功率大小、功率分散性、頻率組合、布置位置各因素對凝汽器超聲波除垢效果的影響，并針對N-20910型凝汽器的除垢器安裝提出了參數優化建議。

技術方案：一種凝汽器超聲波除垢器的建模仿真方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：基于需要進行超聲波除垢的凝汽器型號、結構圖紙和研究部位，構建具有不同超聲波入口模式的三維參數化結構模型；

步驟2：根據超聲波除垢影響因素，設計多個不同超聲波參數的用于表示超聲波擾動作用于體積元時所引起的壓強變化的超聲波聲壓函數；

步驟3：將三維參數化結構模型與超聲波聲壓函數進行組合搭配，得到多個仿真模型，對各仿真模型進行仿真計算，每隔設定計算次數后保存一次計算結果，直至仿真計算收斂；