CN111488705A - 燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，对燃气锅炉进行建模，得到燃气锅炉模型，该模型具有炉膛，炉膛上设置有多个喷口单元，每个喷口单元包括圆形喷口和包围在圆形喷口外的圆环形喷口；步骤2，在圆环形喷口的周围画一圈正方形的过度区域；步骤3，采用正六面体网格划分方法，依次对圆形喷口、圆环形喷口、过度区域进行网格划分；步骤4，对炉膛的除喷口单元和过度区域以外的区域(简称外围区域)，采用正六面体网格划分方法并按照从下往上的顺序，进行网格划分；步骤5，对圆形喷口、圆环形喷口、过度区域的网格进行密集处理，并对外围区域的网格进行疏松处理，进而得到炉膛的整体网格。

Description

燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法
技术领域
本发明属于锅炉的数值模拟领域，具体涉及一种可以在工程案例上应用的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法。
背景技术
目前国内对锅炉的数值模拟主要集中在燃煤锅炉，特别是对四角切圆燃烧的燃煤锅炉的模拟较多，但是对燃气锅炉的模拟较少，特别是对对冲燃气锅炉的模拟更是少之又少。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于结合现场实际和图纸说明，对燃气锅炉进行简化，从而提供一种燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法。
本发明提供了一种燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，用于将燃气锅炉的实际喷口在有限元分析中进行简化，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，对燃气锅炉进行建模，得到燃气锅炉模型，该燃气锅炉模型具有炉膛，炉膛上设置有多个喷口单元，每个喷口单元包括圆形喷口和包围在圆形喷口外的圆环形喷口；步骤2，在圆环形喷口的周围画一圈正方形的过度区域；步骤3，采用正六面体的网格划分方法，依次对圆形喷口、圆环形喷口以及过度区域进行网格划分；步骤4，对炉膛的除去喷口单元和过度区域以外的区域，采用正六面体的网格划分方法并按照从下往上的顺序，进行网格划分；步骤5，对圆形喷口、圆环形喷口以及过度区域的网格进行密集处理，并对炉膛的除去喷口单元和过度区域以外的区域的网格进行疏松处理，进而得到炉膛的整体网格。
在本发明提供的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，利用gambit软件对燃气锅炉进行建模。
在本发明提供的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，过度区域与喷口单元的面积比为5:1～1:1。
在本发明提供的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤5中，经过密集处理后，圆形喷口的网格的密集程度大于圆环形喷口的网格的密集程度，圆环形喷口的网格的密集程度大于过度区域的网格的密集程度。
在本发明提供的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，炉膛的所有网格均为正六面体网格，且无需使用交界面。
在本发明提供的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，燃气锅炉模型还具有连接在炉膛上的烟道，步骤4还包括对烟道采用正六面体的网格划分方法并按照从下往上的顺序，进行网格划分，步骤5还包括对烟道的网格进行疏松处理，进而得到烟道的整体网格。
在本发明提供的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，燃气锅炉为对冲燃气锅炉。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，因为该方法首先对燃气锅炉进行建模，然后在燃气锅炉模型的圆环形喷口的周围画一圈正方形的过度区域，然后依次对圆形喷口、圆环形喷口以及过度区域进行网格划分，再对炉膛的其它区域进行网格划分，最后对圆形喷口、圆环形喷口以及过度区域的网格进行密集处理并对炉膛的其它区域的网格进行疏松处理，得到炉膛的整体网格，所以，通过本方法得到的炉膛的整体网格的网格划分质量很好，并且其可以直接导入到fluent软件进行数值模拟，从而得到燃气锅炉的模拟结果，进而可以应用到实际的工程中，推动了数值模拟方法与实际工程的结合。
进一步地，过渡区域的引入使得圆环形喷口的网格与其周围网格匹配度较好，进而使得喷口单元附近的网格歪斜度会大大下降；网格的密集、疏松处理可以使得在保证后续数值模拟质量的同时，提高数值模拟过程的运算速度。
附图说明
图1是本发明的实施例中燃气锅炉模型的结构示意图；
图2是本发明的实施例中燃气锅炉模型的喷口单元附近的网格划分情况示意图；
图3是本发明的实施例中燃气锅炉模型的炉膛的的网格划分情况示意图；
图4是本发明的实施例中燃气锅炉模型的网格划分情况示意图，其中，图4(a)为主视图，图4(b)为左视图，图4(c)为俯视图，；
图5是本发明的实施例中燃气锅炉模型的网格质量说明图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法作具体阐述。
本实施例提供了一种燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，利用gambit软件对燃气锅炉进行建模，得到燃气锅炉模型，然后进入步骤2。其中，燃气锅炉为某大型对冲燃气锅炉，其形状为一台塔式锅炉，其主要参数就不一一给出，可以参照个人所需进行相应的建模。
图1是本发明的实施例中燃气锅炉模型的结构示意图。图2是本发明的实施例中燃气锅炉模型的喷口单元附近的网格划分情况示意图。
如图1、2所示，本实施例的燃气锅炉模型100具有炉膛10和连接在炉膛10上的烟道20。其中，炉膛10上设置有多个喷口单元11，每个喷口单元11包括圆形喷口111和包围在圆形喷口111外的圆环形喷口112。在本实施例中，喷口单元11的数目为9个。9个喷口单元按照一定间隔排成三排三列。
步骤2，在每个圆环形喷口111的周围画一圈正方形的过度区域12，然后进入步骤3。其中，过度区域与喷口单元的面积比为5:1～1:1。在本实施例中，过度区域与喷口单元的面积比为4:1。
步骤3，采用正六面体的网格划分方法，依次对圆形喷口111、圆环形喷口112以及过度区域12进行网格划分，形成网格，然后进入步骤4。
图3是本发明的实施例中燃气锅炉模型的炉膛的的网格划分情况示意图。图4是本发明的实施例中燃气锅炉模型的网格划分情况示意图。
步骤4，将炉膛10的除去喷口单元11和过度区域12以外的区域称为外围区域13，如图3、4所示，对外围区域13采用正六面体的网格划分方法并按照从下往上的顺序，进行网格划分，形成网格；再对烟道20采用正六面体的网格划分方法并按照从下往上的顺序，进行网格划分，形成网格；然后进入步骤5。
步骤5，对圆形喷口111、圆环形喷口112以及过度区域12的网格进行密集处理(加密)，并对外围区域13和烟道20的网格进行疏松处理，进而得到炉膛10的整体网格和烟道20的整体网格。炉膛10的整体网格和烟道20的整体网格组成燃气锅炉模型100的整体网格。
其中，经过密集处理后，如图2所示，圆形喷口111的网格的密集程度大于圆环形喷口112的网格的密集程度，并且圆环形喷口112的网格的密集程度大于过度区域12的网格的密集程度。
炉膛10的所有网格均为正六面体网格，且无需使用交界面。
图5是本发明的实施例中燃气锅炉模型的网格质量说明图。
如图5所示，本实施例得到的燃气锅炉模型100的整体网格EquiSize Skew在0-0.4之间(lower-upper)的网格数占了96.87％，这说明本实施例的方法网格划分质量很好。
此外，将本实施例得到的燃气锅炉模型100的整体网格导入到fluent软件进行数据模拟后，通过后处理得到的结果与实际值十分接近(误差在15％以内)，并且可以获得温度、速度和NOx分布云图，且图像结果与实际测量结果十分接近。这表明，本实施例提供的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法能够可靠可行，进而应用的实际工程中。事实上，本方法在实际工程进行应用，已经得到了实际验证。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，因为该方法首先对燃气锅炉进行建模，然后在燃气锅炉模型的圆环形喷口的周围画一圈正方形的过度区域，然后依次对圆形喷口、圆环形喷口以及过度区域进行网格划分，再对炉膛的其它区域进行网格划分，最后对圆形喷口、圆环形喷口以及过度区域的网格进行密集处理并对炉膛的其它区域的网格进行疏松处理，得到炉膛的整体网格，所以，通过本方法得到的炉膛的整体网格的网格划分质量很好，并且其可以直接导入到fluent软件进行数值模拟，从而得到燃气锅炉的模拟结果，进而可以应用到实际的工程中，推动了数值模拟方法与实际工程的结合。
进一步地，过渡区域的引入使得圆环形喷口的网格与其周围网格匹配度较好，进而使得喷口单元附近的网格歪斜度会大大下降；网格的密集、疏松处理可以使得在保证后续数值模拟质量的同时，提高数值模拟过程的运算速度。
进一步地，本实施例直接利用gambit软件进行建模，极大地简化了燃气锅炉模型。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，用于将燃气锅炉的实际喷口在有限元分析中进行简化，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对所述燃气锅炉进行建模，得到燃气锅炉模型，该燃气锅炉模型具有炉膛，所述炉膛上设置有多个喷口单元，每个所述喷口单元包括圆形喷口和包围在所述圆形喷口外的圆环形喷口；
步骤2，在所述圆环形喷口的周围画一圈正方形的过度区域；
步骤3，采用正六面体的网格划分方法，依次对所述圆形喷口、所述圆环形喷口以及所述过度区域进行网格划分；
步骤4，对所述炉膛的除去所述喷口单元和所述过度区域以外的区域，采用所述正六面体的网格划分方法并按照从下往上的顺序，进行网格划分；
步骤5，对所述圆形喷口、所述圆环形喷口以及所述过度区域的网格进行密集处理，并对所述炉膛的除去所述喷口单元和所述过度区域以外的区域的网格进行疏松处理，进而得到所述炉膛的整体网格。
2.根据权利要求1所述的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，其特征在于：
其中，利用gambit软件对所述燃气锅炉进行建模。
3.根据权利要求1所述的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，其特征在于：
其中，所述过度区域与所述喷口单元的面积比为5:1～1:1。
4.根据权利要求1所述的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，其特征在于：
其中，步骤5中，经过密集处理后，所述圆形喷口的网格的密集程度大于所述圆环形喷口的网格的密集程度，
所述圆环形喷口的网格的密集程度大于所述过度区域的网格的密集程度。
5.根据权利要求1所述的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，其特征在于：
其中，所述炉膛的所有网格均为正六面体网格，且无需使用交界面。
6.根据权利要求1所述的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，其特征在于：
其中，所述燃气锅炉模型还具有连接在所述炉膛上的烟道，
步骤4还包括对所述烟道采用所述正六面体的网格划分方法并按照从下往上的顺序，进行网格划分，
步骤5还包括对所述烟道的网格进行疏松处理，进而得到所述烟道的整体网格。
7.根据权利要求1所述的燃气锅炉网格在有限元分析中的设计方法，其特征在于：
其中，所述燃气锅炉为对冲燃气锅炉。
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