摘要：管式空气预热器的一般结构是烟气在管内纵向流动，空气在管外横向流动，烟气热量通过金属壁面传给空气。因此，在管外流动的空气在管外横截面的流动均匀性直接影响到金属管外的摩擦，如果分布不均匀会导致金属管外壁磨损情况不同，有的地方摩擦比较严重，在使用过程中这部分金属管壁会先破损，影响管式空气预热器的正常使用。所以，在设计前期对空气预热器的结构进行数值模拟，预先考虑金属管壁的磨损状况是非常必要的。
1数值模拟软件的介绍
CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。[1]
FLUENT软件包含基于压力的分离求解器、基于压力的耦合求解器、基于密度的隐式求解器、基于密度的显式求解器，多求解器技术使FLUENT软件可以用来模拟从不可压缩到高超音速范围内的各种复杂流场。FLUENT软件包含非常丰富、经过工程确认的物理模型，可以模拟高超音速流场、转捩、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工等复杂机理的流动问题。[1]
2模型的建立
本文选取某管式空气预热器，长为2.8m，宽为1.9m，高为2.5m。在空气预热器中均匀布置加热管道，管径为32mm，间距100mm，共设置26排加热管。烟气量为90000m3/h。模型见图1。
图1 空气预热器示意图
烟气从模型的右侧管道自下而上进入空气预热器，然后从左侧的管道水平流出。本实验将根据本模型进行模拟。
3结果与讨论
3.1 未添加烟气均布装置
首先我们先模拟未添加烟气均布装置时空气预热器中气流的流动情况。图2为未添加烟气均布装置时空气预热器中的速度云图。表1为未添加烟气均布装置时空气预热器中的速度值。
图2 未添加烟气均布装置时空气预热器中的速度云图
结合图2和表1的描述，可以看出，当在空气预热器的前部进风口处未添加气流均布装置时，烟气主要集中在空气预热器的上部，下部的速度较小。由此可以得出，此时烟气尤其是烟气中的颗粒对空气预热器上部金属管壁的磨损比较严重，久而久之会导致上部金属管较下部的金属管先破损。从均方根值也可以看出，这个结果并不符合国标0.25的要求。
3.2 添加气流均布装置
根据未添加气流均布装置时空气预热器中的气流流动情况，我们在进风口处添加几块导流板，并在进风口接近加热管处添加一块分布板，使气流流动均匀，从而不会使金属管壁产生磨损不均的现象。
图3为添加导流板及分布板的示意图。图4为添加了烟气均布装置后空气预热器中的速度云图。表2为添加了烟气均布装置后空气预热器中的速度值。
表1 未添加烟气均布装置时空气预热器中的速度值 单位：m/s
平均值：5.189m/s 均方根：0.78
图3 添加导流板及分布板的示意图
图4 添加了烟气均布装置后空气预热器中的速度云图
表2 加了烟气均布装置后空气预热器中的速度值 单位：m/s
平均值：5.063m/s 均方根：0.19
结合图4和表2可以得出，当添加了适当的导流板及分布板之后，进入到空气预热器中的烟气分布情况得到了很大程度地改进。从整体来看分布比较均匀。从均方根值也可以看出，0.19远小于国标要求的0.25，完全符合气流均布性的要求。
4结论
1. 本文对某一管式空气预热器中的气流进行了数值模拟，得到了此模型中的气流流动情况，并根据这种情况添加了气流均布装置使气流得到了一定的改善，在某种程度上增加了预热器内部的金属管的寿命。
2. Fluent软件能很好地解决某模型内部的气流流动问题。
参考文献
[1]江帆.Fluent高级应用与实例分析[M].北京：清华大学出版社，2008.
论文作者:孙钰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/9
标签：烟气论文; 预热器论文; 空气论文; 气流论文; 装置论文; 器中论文; 速度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第29期论文;