龙江县特种设备检验研究所 黑龙江省
【摘 要】作为设备检验中的重要环节，锅炉具有一定的脆弱性。因此，在对锅炉进行检验之前，检验人员还要对部件进行检前分析，以便为锅炉检验提供有力的数据依据，减少锅炉检验时出现的偏差。本文就数字仿真在锅炉检验中的应用进行研究，以期能够有效提升锅炉检验的准确性。
【关键词】数字仿真；锅炉；特种设备检验
近几年，随着科技发展水平的提升，人们对特种设备检验的重视度也在逐渐提高，作为常见的特种设备，锅炉有着危险性非常大，甚至严重的还会给人们的生命安全造成威胁。但是，现在我国锅炉检验仍旧存在过于随意，以及盲目性检验的问题，针对这一情况必须要重视数字仿真的应用，其能减少锅炉检验的次数，采用虚拟仿真的方式，优化锅炉设计。
1数字仿真研究方法
数字仿真即有限元法是20世纪50年代兴起的在连续流体力学领域应用的一种有效的数字分析方法，随着计算机的发展而迅速发展起来的一种计算数学、计算力学和计算工程科学领域最有效的现代计算方法。经过50多年的发展，数字仿真技术的各种不同有限元方法形态相当丰富，理论基础相当完善。并且开发了一批通用和专用有限元软件．如AN—SYS、MSC／NASTRAN、NETWORK、PHOENICS／ES—TER、FLUENT、CFX等。数字仿真技术的飞速发展。无论是对热工设备的设计、制造，还是对其生产运行的监测，都作为一种可靠的方法手段而发展起来，并且日趋成熟。另外，在进行CAE设计时，锅炉的分析、设计共用同台，实现CAD与CAE模型的无缝连接，利用知识工程功能，建立分析模型，可用于产品的快速分析检验，设计阶段引入CAE分析，会大大减小产品研发周期，提升产品品质。
数字仿真技术可实现多目标权衡、数据挖掘及多学科优化；普通的优化设计无法预知实际生产过程中加工误差、材料变异，以及产品工作的真实环境等各种不确定性对整机性能的影响，从而导致最终产品实际工作时性能的不稳定性和不可靠性。因此，用户不仅需要确定性优化工具提高产品的性能，还需要在设计阶段就充分考虑到各种不确定性，提高产品的可靠性和稳健性。
1．1物理模型和数学解析模型的建立
锅炉是一种由于锅炉利用电或者燃料等，对液体进行加热的设备，其对外输出的主要是热量，锅炉一般主要分为承压蒸汽锅炉、有机热载体锅炉、承压热水锅炉。除此之外，锅炉本身还有着体积相对来讲较大的特点，在运行时锅炉的材料会出现一定的物性变化，运行过程相对来讲较为复杂。因此，在进行物理模型构建时，要简化锅炉运行的物理模型，应用数字仿真提升锅炉运行模型的合理性。在创建锅炉模型时，要明确锅炉运行过程中会出现流动、传热等多种运动形式，应用数字仿真时，可以采用控制方程组的形式对锅炉的运行过程进行描述，保障锅炉的运行模型能符合燃烧学、热学原理，以提升锅炉的经济性和可靠性。除此之外，在进行数字模型应用时，还可以构建S双方程模型。
在对锅炉的运行情况数字仿真时，测试人员要对锅炉的边界条件数据，以及锅炉的实际工况进行测试，得到准确的一次风、烟气流量与流速等的数据，并且在这个过程中还要简化锅炉的运行模型，根据锅炉的实际运行情况建立物理模型，可以采用网格分化的方式，建立锅炉有限元分析模型，对有限元模型的边界条件进行加载，计算锅炉运行的边界条件数据，保障边界条件数据能满足人们对锅炉性能的要求，在进行数字仿真时，还要根据锅炉检验的实际情况，对边界条件数据的计算结果进行分析和筛选，确定锅炉需要进行检验的位置，获取与检验有关的数据信息，并对锅炉的缺陷进行分析，找到导致缺陷出现的原因。
1．2仿真计算结果
如图1所示，实际工况下中心纵截面的温度分布．图2为实际工况下上一次风喷口处横截面的温度分布。由图1和图2可以清晰的看出，火焰中心存在偏斜现象，不在炉膛中央，明显偏向后墙以及1#。这是由于锅炉在实际运行中，每层喷口中4个角的流速以及煤粉量不等，具体来说，1#、4#的风量与粉量较小，2#、3#的风量与粉量较大，导致每层喷口喷出的气流形成的实际切圆偏离炉膛中央，而偏向后墙。从图2可以看出，由于火焰偏斜影响，左壁和后墙的温度明显比其它侧壁的壁温要高，因此，将成为检验(尤其是金相检验)的重点。此外，炉内的磨损减薄及部件的应力分布等情况，可通过流场、应力场等计算结果来进行分析。
2数字仿真在锅炉压力容器检验中的应用分析与展望
在对锅炉压力容器进行检测时，检测人员经常会应用数字仿真技术，在进行锅炉检测之后，数字仿真技术可以采用多变量设计模型和多物理设计模型进行锅炉压力模型设计，并对锅炉的运行数据进行科学的分析，以提高锅炉运行方案的科学性。相较于技术而言，数字仿真检验技术的优势非常明显，能够对锅炉的模型进行优化和仿真处理，采用数字化技术，构建锅炉的数字化研法平台，以满足人们对锅炉的需求。除此之外，数字仿真技术还能对锅炉的仿真生命周期进行科学的管理，对锅炉的仿真数据进行追溯，将锅炉的设计流程与仿真分析结合在一起，以提升锅炉压力容器检验的科学性。数字仿真技术作为一门逐渐走向成熟的学科，在越来越多的领域得到了应用。对锅炉检验来说，充分的运用该技术会给检验领域带来不小的发展。正如笔者所述，看得见的缺陷不是最可怕的，可怕的是那些不可见缺陷。检验的目的不只是查找可见缺陷，更要找出那些深藏不露的潜在危险。检验的关键问题是检查哪里，哪里是薄弱部位，这些都可以通过计算机仿真来解决。
3总结
通过上述文章，可以知道要想提升锅炉检验的水平，就要重视数字仿真的应用，对锅炉模型进行检前分析，以便找到锅炉的最佳设计方案。另外，在进行数字仿真应用时，还要与其他先进的检验技术结合在以起，以提升锅炉检验的精准度。
参考文献
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论文作者:周兴龙
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/9/10
标签：锅炉论文; 数字论文; 模型论文; 仿真技术论文; 数据论文; 边界论文; 缺陷论文; 《工程管理前沿》2019年10期论文;