[發明專利]一種基于動網格和隨機函數預測飛灰顆粒沉積的方法

在審

• 申請號: 202111160215.6
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN114036809A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 韓志敏;吳金奕;陳澤齊;張宏宇;楊鑫睿;徐志明
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京中南長風知識產權代理事務所(普通合伙) 11674
• 代理人: 穆麗紅

本發明涉及一種基于動網格和隨機函數預測飛灰顆粒沉積的方法，包括：步驟1，根據隨機函數法確定顆粒沉積的位置，并且通過相應位置的臨界粘附角和臨界粘附速度判定顆粒是否沉積；若顆粒沉積在管束表面，通過UDF中的動網格模型，根據沉積顆粒數量的多少，對網格的邊界進行相應高度的移動，模擬顆粒沉積的增長過程；步驟2，計算區域網格采用ICEM進行非結構化網格劃分，將網格模型導入Ansys?Fluent軟件中進行流場分析計算，并載入UDF，選擇湍流模型，進行計算；連續、動量和能量方程均采用二階迎風差分格式；各方程的相對殘差控制小于10^?6時，結果收斂。本發明具有仿真模擬速度快、精確度高、切合實際、省時省力、可視化、可簡化復雜問題等優點。

技術領域

本發明涉及煙氣余熱回收技術領域，尤其涉及一種基于動網格和隨機函數預測飛灰顆粒沉積的方法。

背景技術

煙氣余熱回收中，由于含塵量大，管束式換熱器飛灰沉積成為一個亟需解決的問題。管束式換熱器作為最典型的間壁式換熱器，在工業生產中有著悠久的歷史，至今仍在換熱設備中占據主導地位。然而，管束式換熱器因其特殊的管狀結構，易使流體中的顆粒流經壁面時粘附在壁面上形成污垢，難以清洗，嚴重降低了傳熱效率，增加了設備運行的不穩定性，給換熱器設計帶來了很大的不確定性。如在省煤器中，幾毫米厚的粉狀污垢層可使傳熱系數降低25％。據資料不完全統計，換熱器導致的經濟損失占國內生產總值的0.25％，依據2020年國家統計局公布的國內生產總值101.47萬億元估算，污垢所造成的經濟損失高達2525億元。因此，準確預測飛灰顆粒的沉積，對于管束式換熱器的設計有著至關重要的作用。

迄今為止，許多研究學者通過實驗和模擬方法對飛灰顆粒的沉積特性進行了深入的研究，對模型的研究已經取得了一定的成果。然而目前學者建立的飛灰顆粒沉積模型很少考慮到隨著顆粒在清潔表面的沉積對后續撞擊在換熱面的顆粒沉積的影響。在顆粒沉積模型研究中，一部分學者認為換熱表面總是完全潔凈的，另一部分學者認為在模擬中換熱表面自始至終被顆粒污垢覆蓋，而這兩種假設都存在著一定的缺陷。此外，在顆粒沉積的過程中，換熱表面的邊界也會隨著沉積進行產生幾何形變。因此在顆粒沉積模擬中結合動網格方法是很有必要的，可以很好的將沉積后換熱面的形貌變化體現出來。與此同時，隨著積灰厚度的增加，灰的表面物理性質也會隨之改變，該變化會直接影響到撞擊飛灰顆粒的粘附條件，所以在模型中也需要進一步考慮。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于動網格和隨機函數預測飛灰顆粒沉積的方法，在顆粒沉積模擬中結合動網格方法，并在模型中進一步考慮隨著積灰厚度的增加，灰的表面物理性質也會隨之改變，該變化會直接影響到撞擊飛灰顆粒的粘附條件，具有仿真模擬速度快、精確度高、切合實際、省時省力、可視化、可簡化復雜問題等優點。

本發明提供了一種基于動網格和隨機函數預測飛灰顆粒沉積的方法，其特征在于，包括：

步驟1，根據隨機函數法確定顆粒沉積的位置，并且通過相應位置的臨界粘附角和臨界粘附速度判定顆粒是否沉積；

若顆粒沉積在管束表面，通過UDF中的動網格模型，根據沉積顆粒數量的多少，對網格的邊界進行相應高度的移動，模擬顆粒沉積的增長過程，并將數據信息存儲在UDM中；

步驟2，計算區域網格采用ICEM進行非結構化網格劃分，將網格模型導入Ansys-Fluent軟件中進行流場分析計算，并載入UDF，選擇湍流模型，進行計算；其中，入口邊界條件采用速度入口；出口邊界為壓力出口，顆粒在出口處逃逸；采用SIMPLE算法處理速度與壓力的耦合關系，連續、動量和能量方程均采用二階迎風差分格式；各方程的相對殘差控制小于10^-6時，結果收斂。

進一步地，步驟1中網格節點的移動通過下述公式確定，分別是網格面j和j-1的法向向量，網格節點的移動方向由它們求和得出，公式如下：