WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Новожилова Людмила Леонидовна

ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ ДЫМОВЫХ ТРУБ С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОСТОВЕРНОГО КОНТРОЛЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ТЭС В АТМОСФЕРУ

Специальность 05.14.14 – Тепловые и электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (техническом университете) на кафедре Парогенераторостроения

Научный руководитель: - доктор технический наук, профессор

Росляков Павел Васильевич

Официальные оппоненты: - доктор технический наук, профессор

Тумановский Анатолий Григорьевич

- кандидат технический наук, доцент

Прохоров Вадим Борисович

Ведущая организация: ОАО "ЭНИН им. Г.М. Кржижановского"

Защита состоится «___» _______________2009 года, в __ час. __мин. в МАЗе на заседании диссертационного совета Д 212.157.07 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзыв на реферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «___» ______________2009.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 212.157.07

к.т.н. профессор Лавыгин В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с вводом современных, более жестких нормативов на вредные выбросы ТЭС в атмосферу в последние годы в разных странах все большее внимание уделяется контролю загрязнения атмосферного воздуха. При организации инструментальных измерений уровня выбросов вредных веществ в атмосферу на ТЭС от нескольких котельных установок, наиболее рациональным является размещение систем непрерывного мониторинга непосредственно на дымовой трубе. При этом для обеспечения достоверных результатов по массовым выбросам вредных веществ необходимо иметь в сечении контроля равномерное распределение полей скоростей и концентраций. Поскольку процесс перемешивания турбулентных потоков в дымовых трубах является не вполне изученной областью, принято считать, что выравнивание характеристик потока по сечению происходит на расстоянии не менее 6-8 диаметров газохода от места последнего возмущения. Данным утверждением руководствуются при установке измерительных систем, что, как показали исследования, не всегда обосновано. В настоящее время уровень развития вычислительной техники позволяет моделировать процессы различной степени сложности, в частности ответить на вопросы, связанные с особенностями аэродинамики сложных закрученных потоков в стволах дымовых труб ТЭС. Поскольку установить закономерности течения газов в стволе дымовой трубы экспериментально не представляется возможным, в данной работе основное внимание уделяется численному моделированию.

Цель работы. Проведение расчетно-теоретических исследований аэродинамики дымовых труб и разработка практических рекомендаций по организации достоверного непрерывного инструментального контроля вредных выбросов ТЭС в атмосферу.

Научная новизна полученных автором результатов заключается в следующем:

  • разработана компьютерная модель для исследования процессов смешения газовых потоков в дымовых трубах;
  • установлены основные закономерности взаимодействия и развития закрученных газовых потоков в стволе дымовых труб;
  • впервые определено влияние режимных и конструктивных факторов на развитие аэродинамической картины течения газов;
  • определены условия для выравнивания полей скоростей и концентраций в стволах дымовых труб ТЭС.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов работы обеспечивается применением современных средств численного исследования на базе апробированных математических моделей, широко используемых в задачах вычислительной гидродинамики. Полученные результаты являются теоретически обоснованными.

Практическая значимость работы.

1. Результаты численных экспериментов позволили сформировать преставление об общих закономерностях и особенностях течения газов в дымовых трубах.

2. Проведено исследование влияния конструктивных и режимных факторов на условия перемешивания газовых потоков.

3. Разработаны практические рекомендаций по установке систем мониторинга на дымовых трубах.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на XII-XIV Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» (МЭИ, Москва, 2006 - 2008 г.), научно-технической конференции «Информационные средства и технологии» (МЭИ, Москва, 2006 г.), научной конференции «Инженерные системы – 2007» (МФТИ, Москва, 2007), третьей международной конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (МЭИ, Москва, 2008 г.), научных семинарах кафедры парогенераторостроения МЭИ (Москва, 2008, 2009 г.г.)

Личное участие автора в получении результатов заключается в разработке математической модели и проведении численных экспериментов по исследованию аэродинамики дымовых труб различных конструкций, анализе результатов и разработке практических рекомендации по установке измерительных систем для контроля вредных выбросов на дымовых трубах ТЭС.

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы. Основной материл изложен на 181 странице машинописного текста, включает 56 рисунков, 6 таблиц и 28 формул. Список литературы включает 66 наименований.

На защиту выносятся следующие результаты выполненной работы.

  1. Разработка математической модели течения дымовых газов в стволе дымовой трубы.
  2. Результаты численных экспериментов аэродинамики дымовых газов в стволах дымовых труб в зависимости от режимных и конструктивных условий, их анализ и обобщение.
  3. Рекомендации по установке измерительных систем на дымовых трубах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен обзор работ по разработке систем непрерывного мониторинга вредных выбросов ТЭС в атмосферу и постановка задачи исследования. Подчеркивается важная роль инструментального контроля массовых выбросов в решении экологических проблем. Кроме того, в условиях современных требований наиболее оправданным признается использование систем непрерывного мониторинга выбросов (СНМВ). Вместе с тем, внедрение СНМВ требует решения ряда проблем, таких как обеспечение достоверности измерений, во многом связанной с выбором контрольного сечения. Для измерения суммарных выбросов ТЭС системы контроля, как правило, устанавливают на дымовых трубах. При этом, в соответствии с действующими правилами, в сечении ствола, где организуется мониторинг, поля скоростей и концентраций должны иметь определенное выравнивание. Таким образом, в связи с необходимостью решения вопросов установки систем мониторинга, были проведены численные исследования аэродинамики дымовых труб ТЭС при помощи ПК Flow Vision.

Во второй главе дается описание математической модели, исходных данных и критериев оценки сечений с точки зрения выравнивания полей скоростей и концентраций. В качестве оптимальной математической модели была выбрана Модель Incompressible Fluid (Несжимаемая жидкость) предназначенная для моделирования течения газа (жидкости) при больших (турбулентных) числах Рейнольдса и малых изменения плотности.

Исследования аэродинамики продуктов сгорания проводились в объеме дымовых труб, заключенном между входными коробами и устьем. Компьютерные модели предварительно создавались с использова­нием программного пакета SolidWorks и затем импортировались в FlowVi­sion. Объемные расходы продуктов сгорания определялись из расчета, что скорость продуктов сгорания в устье на номинальной нагрузке равна 30 м/с. Число Re в зависимости от скоростей на входе и конструкции трубы составляло 106-107, автомодельность течения. Температура уходящих газов принималась равной 130°С. Для учета в математической модели изменения статического давления по высоте дымовой трубы, задавалась величина ускорения свободного падения и направление вектора. В расчетах были приняты следующие допущения: равномерное распределение скоростей на входе в дымовые трубы; неизменное атмосферное давление и постоянная температура газов по высоте трубы.

Конструктивные особенности исследованных в работе дымовых труб приведены на рис. 1. Типовая дымовая труба №1 высотой 230 м имеет конический ствол с 2-х сторонним подводом газо­ходов. В цокольной части трубы располо­жены наклонные пандусы и разделительная перегородка под углом 45о к оси подводящих коробов. Труба №2 Глазовской ТЭЦ имеет ствол с переменной конусностью от 0,04 до 0,015 и консольными выступами для крепления футеровки. Подводящие короба расположены на разной высоте перпендикулярно друг другу. Труба №3 Глазовской ТЭЦ имеет ступенчатый ствол с конусностью 0,025 и встречным расположением входных газоходов.

а)

б)

в)

Рис. 1. Варианты исследуемых дымовых труб: а) труба №1; б) труба №2; в) труба №3

В качестве средства иллюстрации расчетных данных были использованы функции визуализации, которые имеются в постпроцессоре ПК. Для описания характера течения среды был выбран слой «вектора» (рис. 2 а), а для полей скоростей и концентраций, как в абсолютных величинах (рис. 2 б), так и в процентных отклонениях от средних значений (рис. 2 в) использовался слой «заливка». Поскольку в численных экспериментах требовалось определить степень перемешивания газовых потоков по высоте ствола, в математической модели было принято, что с разных сторон дымовой трубы подводятся различные вещества: "0" и "1". Термодинамические свойства обоих веществ (в обоих случаях дымовые газы) одинаковы, и соответствуют среднему составу продуктов сгорания. Средняя концентрация Сср зависит от расходов и с учетом обозначений веществ ("0" и "1") определятся по выражению:

Сср = (0Q1 + 1Q2)/(Q1 + Q2 ) = (Q2)/(Q1 + Q2), (1)

где Q1,Q2 – объемные расходы дымовых газов соответственно через каналы №1, 2 (м3/с).

Значения аксиальных скоростей, м/с

Величина отклонения локальных концентраций от среднего значения

а)

б)

в)

Рис. 2. Поля скоростей и концентраций по высоте дымовой трубы: а) векторный вид полей скоростей в продольном сечении трубы №2; б) распределение полей скоростей в абсолютных значениях в продольном сечении трубы №1; в) распределение полей концентраций в виде процентных отклонений от среднего значения в продольном сечении трубы №1

Учитывая Технические требования к автоматизированной системе контроля выбросов ТЭС, в сечении, где организуется мониторинг вредных выбросов отклонения локальных значений скоростей и концентраций не должны превышать ±10% от их среднеинтегральных величин. В исследованиях рассматривались варианты, как с максимальными значениями расходов, так и с пониженными при симметричной и несимметричной подаче (табл. 1).

Таблица 1

Варианты численных экспериментов для трубы №1

Вариант

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

1.10

1.11

1.12

Высота раздели­тельной перего­родки

12,7

15

20

0

Величина шероховатости, мм

5

0

Консольные выступы

+

-

Отношение объемных расходов газов в каналах к расходам на номинальной нагрузке, %

Канал №1

50

50

50

75

50

25

32,5

50

25

50

50

50

Канал №2

50

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»