锅炉燃烧器的建模方法
【专利摘要】一种锅炉燃烧器的建模方法，包括：建立锅炉燃烧器的初始结构；对所述锅炉燃烧器的初始结构进行网格划分；利用所述网格建立湍流流动模型、燃烧模型、辐射模型和NOX生成模型；确立锅炉燃烧器的边界条件，并对湍流流动模型、燃烧模型、辐射模型和NOX生成模型的方程求解；利用所述方程的解对锅炉燃烧器的结构进行优化，获得锅炉燃烧器的优化结构。可以降低锅炉燃烧器的设计成本，缩短设计周期，提高性能和质量。
【专利说明】锅炉燃烧器的建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信息控制【技术领域】，尤其涉及一种锅炉燃烧器的建模方法。
【背景技术】
[0002]锅炉燃烧器是发电机组的重要热工设备，设计是否合理，直接影响锅炉的热效率和其它作业指标。锅炉燃烧器设计的更新换代对发电工业具有很大的意义，随着新的锅炉燃烧器的研发，低负荷稳燃能力不断提高，NOx排放量不断降低，且能防止水冷壁的高温腐蚀和结焦。
[0003]但是长期以来锅炉燃烧器的设计都是凭设计者的经验进行，通常是对原有锅炉燃烧器的局部凭借经验和之前发现的问题进行修改，再将修改后的锅炉燃烧器进行测试，直到获得更为合理的锅炉燃烧器。但这种经验设计方法往往会导致考虑不周，造成人力、物力、财力的浪费。
【发明内容】
[0004]本发明解决的问题是提供一种锅炉燃烧器的建模方法，有利于降低锅炉燃烧器的设计成本、缩短设计周期、提高性能和质量。
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种锅炉燃烧器的建模方法，包括:建立锅炉燃烧器的初始结构；对所述锅炉燃烧器的初始结构进行网格划分；利用所述网格建立湍流流动模型、燃烧模型、辐射模型和NOx生成模型；确立锅炉燃烧器的边界条件，并对湍流流动模型、燃烧模型、辐射模型和NOx生成模型的方程求解；利用所述方程的解对锅炉燃烧器的结构进行优化，获得锅炉燃烧器的优化结构。
[0006]可选的，所述湍流流动模型为雷诺应力模型或可实现的k-ε模型。
[0007]可选的，对端流流动模型进行求解的具体步骤包括:将可实现的k_ ε模型的方程同连续方程、雷诺平均方程联立，建立湍流运动方程组；同时，利用有限体积法将微分方程转化为差分方程，差分格式采用二阶迎风差分格式，对离散方程组的压力速度耦合采用经典的Simple算法，求解代数方程采用三对角矩阵的TDMA算法逐线迭代及低松弛因子联合求解。
[0008]可选的，所述燃烧模型采用非预混燃烧，紊流和化学的相互作用利用单混合分数/概率密度函数、或者双混合分数/概率密度函数模拟气相湍流燃烧。
[0009]可选的，所述辐射模型为离散传播辐射模型、P-1辐射模型、Rosseland辐射模型、表面辐射模型或离散坐标辐射模型。
[0010]可选的，所述NOx生成模型为热力型、快速型和湍流交互模型。
[0011]可选的，所述网格划分的方法包括:对所述锅炉燃烧器的初始结构进行整体分割，并利用网格自适应技术对局部结构进行加密。
[0012]可选的，所述网格划分的方法包括:在中心风道轴流风道和煤风道使用结构化网格，在旋风道使用非结构化网格。[0013]可选的，锅炉燃烧器的边界条件的选取方法包括:根据可压缩流的边界条件，各风道的入口和出口分别选取速度入口和速度出口边界条件，其余边界均为固壁。
[0014]可选的，建立锅炉燃烧器的初始结构的具体方法包括:利用计算机辅助制造软件创建锅炉燃烧器不同部件的截面，并通过拉伸旋转等命令创建各个部件，并将创建的各个部件组合或消减，包括并集、差集、交集等，直至获得到所需要的锅炉燃烧器的初始结构。
[0015]与现有技术相比，本技术方案具有以下优点:
[0016]由于本发明锅炉燃烧器的建模方法通过对湍流流动模型、燃烧模型、辐射模型和NOx生成模型的方程进行计算优化而成，考虑了影响锅炉燃烧器的诸多影响因素，因此不会由于某一原因需要在对锅炉燃烧器进行部分修改时，影响锅炉燃烧器的其他性能。且由于所述优化后的锅炉燃烧器还可以利用上述模型继续模拟，不需要制作成实体后进行测试，测试的成本低，降低锅炉燃烧器的设计成本，缩短设计周期，提高性能和质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明实施例的锅炉燃烧器的建模方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]由于现有的锅炉燃烧器的设计方法都是凭设计者的经验进行，往往会导致考虑不周，造成人力、物力、财力的浪费，因此，本发明提供了一种锅炉燃烧器的建模方法，可以降低锅炉燃烧器的设计成本，缩短设计周期，提高性能和质量。
[0019]下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0020]请参考图1，为本发明实施例的锅炉燃烧器的建模方法的流程示意图，包括:
[0021]步骤S101，建立锅炉燃烧器的初始结构；
[0022]步骤S102，对所述锅炉燃烧器的初始结构进行网格划分；
[0023]步骤S103，利用所述网格建立湍流流动模型、燃烧模型、辐射模型和NOx生成模型；
[0024]步骤S104，确立锅炉燃烧器的边界条件，并对湍流流动模型、燃烧模型、辐射模型和NOx生成模型的方程求解；
[0025]步骤S105，利用所述方程的解对锅炉燃烧器的结构进行优化，获得锅炉燃烧器的优化结构。
[0026]具体的，执行步骤S101，建立锅炉燃烧器的初始结构。
[0027]建立锅炉燃烧器的初始结构的具体方法包括:利用计算机辅助制造软件创建锅炉燃烧器不同部件的截面，并通过拉伸旋转等命令创建各个部件，并将创建的各个部件组合或消减，包括并集、差集、交集等，直至获得到所需要的锅炉燃烧器的初始结构。
[0028]在本实施例中，所述计算机辅助制造软件为Unigraph机械制图软件。在其它实施例中，所述计算机辅助制造软件也可以为其他机械制图软件。
[0029]执行步骤S102，对所述锅炉燃烧器的初始结构进行网格划分。
[0030]由于锅炉燃烧器内部结构复杂，各个部分的结构存在差异，因此不同的结构采用不同的划分方法。先对所述锅炉燃烧器的初始结构进行整体分割，然后利用网格自适应技术对局部变化较为剧烈的区域，例如大变形、激波面、接触间断面和划移面等进行加密，网格在迭代过程中不断调节，将网格细化从而做到网格点分布和物理解的耦合，有利于提高最终解的精度和分辨率。
[0031]在本实施例中，对不同的结构所采用的网格划分模型也不相同，在中心风道轴流风道和煤风道使用结构化网格，在旋风道使用非结构化网格进行划分，有利于对锅炉燃烧器的内部结构进行更精确地表达。
[0032]执行步骤S103，利用所述网格建立湍流流动模型、燃烧模型、辐射模型和NOx生成模型。
[0033]所述湍流流动模型为雷诺应力模型或可实现的k-ε模型等。由于锅炉燃烧器的炉腔内的气体流动是具有强烈回流和旋转的剧烈湍流，在本实施例中，所述湍流流动模型为对气体流动带有旋流修正的可实现(Realizable)的k-ε模型。所述可实现的k_ ε模型计算量小，且带有旋流修正，有利于节省建模时间的同时，提高最终解的精确度。将可实现的k- ε模型的方程同连续方程、雷诺平均方程联立，建立端流运动方程组。
[0034]所述燃烧模型采用非预混燃烧，紊流和化学的相互作用利用混合分数/概率密度函数模拟气相湍流燃烧。
[0035]在三维直角坐标系统下，气体湍流反应流守恒控制方程如下:
[0036]
【权利要求】
1.一种锅炉燃烧器的建模方法，其特征在于，包括: 建立锅炉燃烧器的初始结构； 对所述锅炉燃烧器的初始结构进行网格划分； 利用所述网格建立湍流流动模型、燃烧模型、辐射模型和NOx生成模型； 确立锅炉燃烧器的边界条件，并对湍流流动模型、燃烧模型、辐射模型和NOx生成模型的方程求解； 利用所述方程的解对锅炉燃烧器的结构进行优化，获得锅炉燃烧器的优化结构。
2.如权利要求1所述的锅炉燃烧器的建模方法，其特征在于，所述湍流流动模型为雷诺应力模型或可实现的k-ε模型。
3.如权利要求2所述的锅炉燃烧器的建模方法，其特征在于，对端流流动模型进行求解的具体步骤包括:将可实现的k_ ε模型的方程同连续方程、雷诺平均方程联立，建立湍流运动方程组；同时，利用有限体积法将微分方程转化为差分方程，差分格式采用二阶迎风差分格式，对离散方程组的压力速度耦合采用经典的Simple算法，求解代数方程采用三对角矩阵的TDMA算法逐线迭代及低松弛因子联合求解。
4.如权利要求1所述的锅炉燃烧器的建模方法，其特征在于，所述燃烧模型采用非预混燃烧，紊流和化学的相互作用利用单混合分数/概率密度函数、或者双混合分数/概率密度函数模拟气相湍流燃烧。
5.如权利要求1所述的锅炉燃烧器的建模方法，其特征在于，所述辐射模型为离散传播辐射模型、P-1辐射模型、Rosseland辐射模型、表面辐射模型或离散坐标辐射模型。
6.如权利要求1所述的锅炉燃烧器的建模方法，其特征在于，所述NOx生成模型为热力型、快速型和湍流交互模型。
7.如权利要求1所述的锅炉燃烧器的建模方法，其特征在于，所述网格划分的方法包括:对所述锅炉燃烧器的初始结构进行整体分割，并利用网格自适应技术对局部结构进行加密。
8.如权利要求1所述的锅炉燃烧器的建模方法，其特征在于，所述网格划分的方法包括:在中心风道轴流风道和煤风道使用结构化网格，在旋风道使用非结构化网格。
9.如权利要求1所述的锅炉燃烧器的建模方法，其特征在于，锅炉燃烧器的边界条件的选取方法包括:根据可压缩流的边界条件，各风道的入口和出口分别选取速度入口和速度出口边界条件，其余边界均为固壁。
10.如权利要求1所述的锅炉燃烧器的建模方法，其特征在于，建立锅炉燃烧器的初始结构的具体方法包括:利用计算机辅助制造软件创建锅炉燃烧器不同部件的截面，并通过拉伸旋转等命令创建各个部件，并将创建的各个部件组合或消减，包括并集、差集、交集等，直至获得到所需要的锅炉燃烧器的初始结构。
【文档编号】G06F17/50GK103631997SQ201310608133
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】熊建国, 方磊, 王茂贵, 严雨帆, 张明, 谢毅, 张利, 许翀寰, 陈庭贵, 王蓓, 王冰, 刘东升 申请人:浙江工商大学