除氧器的多相CFD建模仿真

除气器通过去除锅炉给水中的溶解氧而在现代发电锅炉中发挥关键作用,否则溶解氧会导致锅炉管,冷凝水管线和工艺管道中的加速腐蚀。 它们还起到预热锅炉给水的作用,从而提高功率循环的效率。 脱气机通常是经过ASME认证的压力容器,并在5至15 psig的压力下运行。 现代脱气器可实现给水氧气浓度低至十亿分之7。 

他们如何工作

脱气器的两种最常见的类型是塔盘式和喷射式,其中喷射式由于其更高的效率和更宽的操作范围而广受欢迎。 典型的喷雾型除氧器是水平定向的容器,并用作连续流反应器。 待除气的锅炉给水通过顶置喷嘴进入储罐,除气的锅炉给水通过通常位于储罐另一端的管道排出。 低压蒸汽通过位于容器底部附近的喷雾器注入。 在此过程中,给水通过与蒸汽接触被加热到沸点,从而去除了可冷凝气体。 过量的蒸汽排入大气。

提高效率

改进的除氧器设计可通过提供较低的资金和运营成本以及更可靠的性能来带来竞争优势。 我们最近一直与有兴趣评估除气器替代设计的客户合作,目的是提高蒸汽和水相之间的传热效率,从而将蒸汽消耗降低20%。 计算流体动力学(CFD)建模已用于虚拟测试喷头,容器,喷头和挡板设计的各种组合,以实现此目标。

多相CFD建模

由于蒸汽,水和周围空气之间的复杂相互作用,脱气器对CFD技术提出了明显的挑战,并且过去认为脱气器对于使用CFD建模分析进行优化来说过于复杂。 在普通的欧拉CFD方法中,将各个相视为物理连续体,其中控制方程以欧拉形式表示。 流体体积(VOF)方法最近通过允许边界不混溶的相邻连续体(例如自由表面流)扩展了该模型。   这种方法捕获了流体相之间界面的运动,通常用于海洋应用。 

相比之下,拉格朗日多相方法可以解决分散相的代表性包裹通过欧拉连续体时的运动方程。 拉格朗日方法适用于主要由单个连续相组成的系统,该连续相携带相对少量的离散颗粒,液滴或气泡。 固体,液滴或气泡的拉格朗日模型可以与周围环境双向耦合。 也就是说,拉格朗日粒子与欧拉连续体相互作用。 

一种新方法

STAR-CCM +中提供的新的多相相互作用模型现在允许拉格朗日包裹撞击到VOF界面,从而以逼真的方式为相应的连续体增加质量和能量。 下面的视频演示了虚拟脱气器几何形状的全耦合,多阶段CFD建模仿真。 根据液滴直径(左侧的色标)对喷雾液滴着色,并根据气泡直径(通过底部的色标)对蒸汽气泡进行着色。  

将这些新方法引入多相技术相结合,为CFD应用铺平了道路,为之前认为过于复杂的一类新技术铺平了道路,其中包括分离器,涂覆工艺,流化床反应器,液膜形成等。有喷雾剂,还有许多其他喷雾剂。  联系我们 找出由CFD驱动的工艺技术流体动态优化的经济性。 



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