[发明专利]一种基于直接模拟蒙特卡洛的炉内积灰模型的建模方法

摘要

一种基于直接模拟蒙特卡洛的炉内积灰模型的建模方法，属于火力发电厂炉内积灰预测领域。该方法包括如下步骤：1)采用计算流体动力学方法计算积灰采样点附近流场；2)将计算得到的流场条件导入颗粒运动方程；3)采用直接模拟蒙特卡洛方法进行飞灰颗粒间碰撞的计算；4)采样枪提供壁面热流，然后求解飞灰粘附率方程计算飞灰颗粒在采样面上的沉积过程。计算结果表明，本发明构建的炉内积灰模型能准确预测炉内飞灰颗粒的沉积速率，并给出详细的积灰内层飞灰颗粒粒径分布，成功实现炉内积灰过程的动态预测。

主权项

1.一种基于直接模拟蒙特卡洛的炉内积灰模型的建模方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：1)采用计算流体动力学方法计算采样点附近流场，获得采样点附近的速度场；2)采用颗粒运动方程计算飞灰颗粒的重力、气体施加的曳力以及热泳力，其颗粒运动方程表达式为：Fd＝‑3πdμ(v‑u)f   (2)式中，F_d为流体施加给颗粒的曳力，F_th为热泳力，m为颗粒质量，g为重力加速度，d为颗粒直径，μ为空气动力学粘度系数，v为颗粒运动速度，u为气体速度，f为曳力系数，κ_tr为气体导热系数，r为颗粒半径，为气体分子的平均运动速度，T为温度，k_B为玻尔兹曼常数，m_g为气体分子质量；3)在时间步长Δt内求解步骤2)中的颗粒运动方程获得颗粒位移，然后采用蒙特卡洛方法进行飞灰颗粒碰撞的计算，颗粒i的碰撞概率为Pi：式中，Pij为颗粒i与颗粒j的碰撞概率，N为计算网格内的模拟颗粒数，n为网格内真实颗粒数，g0为径向分布函数，vij为颗粒i与颗粒j的相对速度；利用颗粒碰撞动力学方程计算碰撞后颗粒的速度：mi(vi,1‑vi,0)＝J   (7)mj(vj,1‑vj,0)＝‑J   (8)式中，mi为颗粒i的质量，mj为颗粒j的质量，vi,0和vj,0表示飞灰颗粒i和颗粒j碰撞前的速度，vi,1和vj,1表示飞灰颗粒i和颗粒j碰撞后的速度，J表示碰撞冲量；4)根据颗粒位移判断颗粒是否与壁面发生碰撞，记录下发生了壁面碰撞的飞灰颗粒，求解飞灰粘附率模型，计算飞灰颗粒在采样面上的沉积；飞灰颗粒的捕集率fdep：式中，pi(Tps)是来流飞灰颗粒粘附效率，μref是临界粘度，ps(Ts)是积灰表面已沉积颗粒的粘附效率；利用采样枪提供的壁面热流q和传热方程获得更新后的壁面温度Ts：Ts＝T2+q·(δ2/λ+δs/λs)   (11)式中，T1和T2分别是采样枪的内外壁温，δ1和δ2是厚度，λ是采样枪的导热系数，λs是积灰的导热系数，δs是积灰厚度；5)经过步骤4)后判断累计时间步长与设定时间大小，如果小于设定时间，则更新壁面温度进行下一次时间步长的计算，如果大于设定时间，则流程终止，输出结果。