用二維導(dǎo)熱型問題的通用程序分析膜式水冷壁中的溫度場(chǎng)分析

1、NORTHcHAELECTRICPOWER華北電力技術(shù)用二維導(dǎo)熱型問題的通用程序分析膜式水冷壁中的溫度場(chǎng)分布山東電力科學(xué)研究院(濟(jì)南25。。21)翌旦塑蘭72’文摘用計(jì)算機(jī)模擬、求解和分析I程問題具有重要的實(shí)際意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前已有通用程序可計(jì)算傳熱學(xué)的十大問題。作者介紹了PantankerDA的二維導(dǎo)熱型問題的通用程序Cond2，并從建立數(shù)學(xué)模型開始，論述如何運(yùn)用談程序耐兩種規(guī)格的膜式水冷壁傳熱過程求解，以及從結(jié)果分析水冷壁的I作環(huán)

2、境。，一關(guān)鍵詞二維導(dǎo)熱型問題通用程序膜式水冷壁溫度場(chǎng)分布數(shù)學(xué)求解餉廣一—_／——／————_／——7嘲／1工程問題的數(shù)值模擬近15年來，流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)和燃燒過程的計(jì)算機(jī)模擬迅速發(fā)展，形成了新的研究領(lǐng)域。一些求解同類現(xiàn)象的通用程序相繼出現(xiàn)，工程技術(shù)人員針對(duì)實(shí)踐中遇到的問題，可直接利用這些通用程序，或只需編制子程序調(diào)用這些通用程序即可獲得所研究問題的解。8O年代中期發(fā)展起來的大型通用程序PH0ENICS已可用來計(jì)算傳熱學(xué)的十大問題，比如

3、分析大型爐膛內(nèi)的燃燒、流動(dòng)和傳熱過程。用計(jì)算機(jī)分析工程實(shí)際問題的三個(gè)步驟是：①建立恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)物理模型；②選用有效的離散化方法③利用計(jì)算機(jī)工具編程求解。本文分析了膜式水冷壁的工作過程，建立了描述傳熱過程的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，使用二維導(dǎo)熱型問韙的通用程序Cond2解得了水冷壁管及鰭片內(nèi)的溫度場(chǎng)分布，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法不能計(jì)算整個(gè)溫度場(chǎng)的缺憾，對(duì)評(píng)估水冷壁的工作條件和安全可靠性有一定意義。2二維導(dǎo)熱型問題通用程序Cond2Cond2是Pantanker

4、DA在8O年代初編制的計(jì)算導(dǎo)熱及通道內(nèi)充分發(fā)展對(duì)流換熱問題的通用程序。在直角坐標(biāo)、柱坐標(biāo)和極坐標(biāo)下，二維導(dǎo)熱及通道內(nèi)充分發(fā)展對(duì)流換熱問題的通用微分方程如式(1)：百aT=轟(aT)(aT)s(1)式中，——柱坐標(biāo)或極坐標(biāo)，p——密度；——定壓比熱丁——溫度t——時(shí)間IS源項(xiàng)——導(dǎo)熱系數(shù)。Cond2是用來求解方程(1)的通用計(jì)算程序，可求解穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、質(zhì)擴(kuò)散、充分發(fā)展管流、位勢(shì)流動(dòng)等問題，適用變物性和變內(nèi)熱源，可隨時(shí)問、空問和當(dāng)

5、地溫度變化i適用于第一、第二和第三類邊界條件，均可隨時(shí)間和邊界坐標(biāo)變化適用直角坐標(biāo)、柱坐標(biāo)和極坐標(biāo)。在三種坐標(biāo)系中、、X、Y的具體數(shù)據(jù)和表示符號(hào)見表l。程序是根據(jù)控制容積法的有限差分格式編制的。一21—維普資訊■圖2膜式水磚壁的計(jì)算區(qū)域0≤koarT≤koT=0一0，oT一0~式中丁一——管內(nèi)工質(zhì)平均溫度——水冷壁節(jié)距D——水冷壁外徑?！獰崃髅芏?——鰭片高度；^——導(dǎo)熱系數(shù)。鰭片部分的溫度場(chǎng)可描寫為；顰嚶一0(3)a。ay。邊界條件

6、：x=0一Td[為方程(2)的計(jì)算結(jié)果]—h0=0Kv一6一。表2給出了膜式水冷壁的結(jié)構(gòu)參數(shù)和換熱條件。表2族式水冷壁的結(jié)構(gòu)參數(shù)爰換熱條件珂外徑D(mm)內(nèi)徑d(mm)節(jié)距S(mm)S／D片厚度b(mm)蓍內(nèi)工質(zhì)溫度Tv(℃)管壁和螬片的導(dǎo)熱摹數(shù)CW／(m℃)]爐臆的輻射熱強(qiáng)qDtW／mI)內(nèi)壁向工質(zhì)的對(duì)贏換熱系數(shù)w／(mc)]4064。58061l6l1。232224計(jì)算結(jié)果文獻(xiàn)(1]給出了某1000t／h直流爐和某高壓自然循環(huán)爐的膜

7、式壁鰭片管的結(jié)構(gòu)和物理參數(shù)(見表2)，編制用戶子程序(見圖1)Boundary，Conductivity，Specifications，SourceRlaoCp，它們分別定義邊界條件、導(dǎo)熱系數(shù)、問題的性質(zhì)和鰭片的結(jié)構(gòu)，以及內(nèi)熱源、密度、比熱等參數(shù)；子程序Nodes，MyPrint，Initial定義網(wǎng)格劃分方法、打印格式及初始溫度場(chǎng)。表3為部分溫度點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果，圖3為據(jù)結(jié)果繪制的溫度場(chǎng)等溫圖。計(jì)算結(jié)果表明；衰3族式木冷璧部分贏的沮度計(jì)算