Ansys CFX. Расчет течения в дымогарной трубе

Целью работы является расчет и анализ в пакете ANSYS CFX течения в дымогарной трубе, расположенной в котле КВ-ГМ-2,32-115Н.

Продукты сгорания попадают в трубы дымогарные из топки, в которой происходит сгорание природного газа.

В результате расчетов удалось оценить работоспособность, точность и применимость пакета ANSYS CFX применительно к таким задачам, получить газодинамические характеристики течения на выходе из трубы, суммарное аэродинамическое сопротивление и сравнить численные данные с экспериментом.

Проведено несколько вариантов расчетов с различными параметрами турбулятора (форма, размеры) с оценкой результата по критерию гидравлические потери / интенсификация теплообмена.

Рис. 1. Схема установки

1. Анализ течения показывает, что основное аэродинамическое сопротивление приходится на жаровую трубу.

2. Создана математическая модель существующей конструкции жаровой трубы с турбулятором.

В расчете использовались следующие данные, полученные на основе технических характеристик и характеристики газа:

Общий массовый расход продуктов сгорания через все трубы - 0.92172 кг/сек

Температура продуктов сгорания на входе в трубу - 2200 К
Массовый состав газа:
CO = 0.00863
CO2 = 0.13782
H = 1.270e-05
H2 = 2.451e-04
H2O = 0.11729
N2 = 0.72719
NO = 2.035e-03
O = 1.102e-04
O2 = 4.996e-03
OH = 1.664e-03

В результате расчетов получено:
Перепад давления - 1126 Па
Температура (средняя по сечению) на выходе из трубы - 445 К = 172 С
На рисунках 2, 3 представлены распределения избыточного давления и температуры вдоль оси трубы

Рис. 2.

Рис 3.

На рисунке 4 представлено распределение температуры в начале трубы

Рис. 4.

3. На основе анализа существующих методов интенсификации теплообмена в трубах была предложена другая схема турбулизации потока в трубе.

В результате расчета этой модели с теми же начальными данными получены следующие результаты:

Перепад давления (средний по сечению) - 267 Па
Температура (средняя по сечению) на выходе из трубы - 441 К = 168 С
На рисунках 5, 6 представлены распределения избыточного давления и температуры вдоль оси трубы

Рис. 5.

Рис. 6.

Новая конструкция допускает дальнейшую оптимизацию с точки зрения уменьшения аэродинамического сопротивления трубы и интенсификации теплообмена.