基于燃氣發(fā)電機組的冷凝換熱器數值模擬及優(yōu)化設計.pdf

1、燃氣發(fā)電機組是社會生活中廣泛使用的設備之一，但其熱效率僅有30％～40％，大部分熱量都被排煙及冷卻水帶走，造成能量的極大浪費。余熱利用的方式很多，但不管哪種方式，高效的換熱設備是余熱利用的基本要求。冷凝式余熱換熱器與一般換熱器相比，煙氣出口溫度更低，不但回收更多顯熱，而且利用了潛熱，能量的利用率提高。同時，煙氣中的有害氣體也大量溶于水，使污染物排放降低。因此冷凝式換熱器不但節(jié)能而且環(huán)保，本文選擇這種換熱器作為回收煙氣余熱的裝置。

2、　　本文根據實際情況進行燃氣發(fā)電機組的余熱利用設計，主要包括冷卻水及煙氣回收換熱器的選擇及系統(tǒng)整體布置，得到余熱利用系統(tǒng)圖。分析煙氣的冷凝換熱模型，選擇合適的冷凝傳熱系數，根據煙氣冷凝換熱的特性，建立數學公式，設計計算流程，利用已知條件對冷凝式余熱換熱器進行結構設計。然后根據結果使用計算流體力學(CFD)的前處理軟件Gambit對換熱器建立三維物理模型，對模型劃分非結構性網格，并初步設置邊界條件。在FLUENT中進行材料、操作條件及邊界

3、條件設置，選定合適的湍流模型、多相流模型，編譯用戶自定義程序。通過FLUENT實現對耦合傳熱傳質過程求解，對數值模擬的結果進行處理得到煙氣側的溫度、速度、壓力分布圖及不同初始參數（進口速度、溫度等）對換熱性能（換熱系數、熱效率）的影響。
　　數值模擬結果表明:通過分析煙氣側的溫度、壓力、速度分布圖可以看到煙氣流動的變化趨勢，發(fā)現換熱器存在的一些問題并進行結構優(yōu)化。不同的參數對換熱性能影響有大有小，冷卻水入口流量的增大可同時提高換熱

4、器的換熱系數和熱效率，但造成進出口壓差大幅增大及出口水溫大幅降低，需根據需要合理選擇入口水流量。隨著冷卻水入口溫度的升高，熱效率逐漸降低，這是因為隨著水側的平均溫度升高，管壁的平均溫度也會升高，因此靠近壁面的煙氣更難到達露點放出潛熱;隨著煙氣速度的增加，換熱器的熱效率也下降，這是因為煙速增加，煙氣與冷卻水的換熱時間就會減少，熱量回收不充分，換熱效率下降。另外煙速的增大使殼側沿程阻力增大，進出口壓差稍增，對內燃機影響不大。煙氣中水蒸氣的含