Identyfikacja parametrów przepływowo-cieplnych w przegrzewaczach pary w kotłach fluidalnych za pomocą modelowania CFD
Wariant tytułu
Identification of thermal-hydraulic parameters in steam superheaters in fluidized bed boilers by using CFD modeling
Autor
Ludowski, Paweł
Promotor
dr hab. inż. Dawid Taler, prof. PK
Data wydania
2013
Data obrony
30.04.2014
Wydawca
[s.n.]
Język
polski
Słowa kluczowe
odwrotny problem wymiany ciepła, kocioł fluidalny, przegrzewacz pary, modelowanie CFD
inverse heat transfer problem, circulating fluidized bed boiler, superheater, CFD modeling
Abstrakt
Przedmiotem pracy jest trójwymiarowe modelowanie CFD (z ang. Computational Fluid Dynamics) procesów przepływowo-cieplnych zachodzących w przegrzewaczach pary w kotłach z cyrkulującym złożem fluidalnym. W rozprawie przeprowadzona została symulacja pracy przegrzewacza zainstalowanego w górnej części komory paleniskowej kotła. Obliczenia wykonane zostały dla obciążenia nominalnego oraz obciążeń częściowych. Za pomocą kodu ANSYS/CFX wyznaczony został rozkład temperatury pary i temperatury ścianki rury w dowolnym punkcie przegrzewacza. Rozwiązano również zagadnienia odwrotne konwekcyjnej wymiany ciepła, w których przeprowadzona została identyfikacja współczynnika wnikania ciepła od strony spalin oraz wyznaczano strumień wody wtryskowej w regulatorze pary przegrzanej tak, aby temperatura pary na wylocie z przegrzewacza utrzymana była na zadanym poziomie. Aby rozwiązać problemy odwrotne wykorzystany został algorytm Levenberga-Marquardta oraz algorytm bisekcji. Przeprowadzona została również eksperymentalna weryfikacja modelu CFD poprzez porównanie obliczonych i zmierzonych temperatur pary i rur przegrzewacza. Zaprezentowana w pracy nowa metoda identyfikacji współczynnika wnikania ciepła od strony spalin i temperatury pary na wlocie do przegrzewacza przy różnych obciążeniach kotła, może być zastosowana w praktyce w układach automatycznej regulacji temperatury pary przegrzanej.
A CFD three-dimensional modeling of thermal-hydraulic phenomena in a steam superheater placed in the combustion chamber of a CFB boiler was presented in this work. The temperature distribution in the steam as well as the temperature distribution in a complex cross section tube wall were computed by using the ANSYS/CFX software. Calculations were performed for different boiler loads. Additionally two types of convective heat transfer inverse problems were solved. In the first type of inverse problem, the heat transfer coefficient on the flue gas side was determined. In the second type of inverse problem the required mass flow rate of water to keep constant temperature at the superheater outlet in a control system for superheated steam was calculated. The Levenberg-Marquardt algorithm and secant method were used to solve inverse problems. The experimental verification of the CFD model was carried out by comparing calculated and measured temperatures of steam and superheater tubes. In this work a new method for identification of flue gas side heat transfer coefficient and steam temperature at inlet of the superheater for different loads of the boiler is presented. This method can be used in practical applications in systems for automatic temperature control of superheated steam.
