【2017年整理】锅炉热力计算中传热系数类库的实现.doc

锅炉热力计算中传热系数类库的实现
陆明
(东南大学动力系,江苏南京 210096)
摘要:通过对烟气、空气和水蒸汽的物性参数进行拟合,直接采用烟气、蒸汽侧对流传热系数公式计算对流换热系数,进一步实现锅炉对流受热面的传热系数类库编制,从而可以不再采用传统的查图求取的方法,提高计算的精度和效率。
关键词:物性参数;类库;对流换热系数
锅炉热力计算是进行锅炉工况校核的常用方法。在锅炉受热面的热力计算中,计算传热系数是至关重要的,它的计算由于涉及诸多参数和图表,使得传热系数的计算比较繁琐。
为提高锅炉热力计算的效率,采用计算机对各个图表进行拟合是常用的方法;本文以对流受热面传热系数计算为例,参照前苏联的热力计算标准方法[3],对计算式中需要用到的物性参数,对烟气、蒸汽以及空气的物性参数进行拟合,介绍锅炉受热面的传热系数类库的实现。
1 传热系数的计算方法
对流换热系数是表征对流换热强弱的指标,它与流体的物性、流动状态、温度、管束的布置结构、冲刷方式(纵向、横向或斜向)、管壁温度等因素有关。锅炉对流受热面中的对流换热是一种气体横向或纵向冲刷管束的强迫对流换热,工程中应用相似理论来进行分析,得到放热系数计算式。一般表示为
式中 C———考虑各种影响因素的修正系数;
Re、Pr———分别为雷诺数和普朗特数。
锅炉受热面的传热系数与对流换热系数的关系可以表示为
式中 K———传热系数;
     α1———管外工质(通常为烟气)对流换热系数;
     α2———管内工质对流换热系数;
     ε———根据受热面不同,选取污染系数ε,热有效系数ψ,利用系数ζ。
传热系数计算的常用方法
传统的热力计算中对于对流换热系数α的求取,一般是通过图表法,即由烟气(蒸汽)流速、管径查取α0,再由管排数、节距、烟气温度、烟气中水蒸汽(rH2 O)含量等数值查出各个修正系数,由式
求出烟气或蒸汽的α值。
另外可以在计算机上将以上各个图表拟合成程序,以便采用计算机进行计算,省却查图的烦琐,提高计算效率。实际上这种方法也是在各个图表的非连续处进行插值,其原始数据来源就是图表,所以它对于计算的精度并没有提高,也是属于查图法的一种变形。
传热系数计算的改进方法
锅炉热力计算中查取对流换热系数的图表,它们实际的来源是将《锅炉机组热力计算标准方法》中的各个对流换热系数的计算公式,将各个公式及修正系数制成线算图,用于查取对流换热系数,如烟气横向冲刷顺列管束的对流换热系数为
式中 A———常数;
      Cs,Cz———修正系数;
  d———管径;
      λ,Re,Pr———工质的导热系数、雷诺数、普朗特数。
由公式到图表,会带来一定误差;再由图表查取对流换热系数,将带来更大的误差,可见传统的计算方法会直接导致查取的对流换热系数的不准确,进而使锅炉热力计算的结果产生一定的不准确性。
为求取各类对流放热系数,总共用到的查取对流放热系数的图表有5处,各类修正系数的图表有13处。进行图表拟合将需要5000~6000组数据。而采用理论公式来求取对流放热系数,总共需要的数据量在700~800组之间,可见采用此种方法来进行对流放热系数计算的工作量也小得多。
改进的方法是从理论公式直接入手,则可将对流换热系数误差控制在最小。要做到这一点,必须从工质物性入手,对工质的物性(Pr,ν,a,λ等)进行拟合,再根据工质所处的工况采用式(1-4)即可求得α。
上述原理,是着手进行传热系数类库开发的理论基础。
2 对流传热系数类库的组成
在面向对象的软件技术中,“类”是对具有相同数据和相同操作的一组相似对象的定义,也就是说类是对具有相同属性和行为的一个或多个对象的描述。继承是指子类能够直接获得父类已有的性质和特性,而不必重复定义它们。继承是类的一个很重要的属性,它使得相似的对象可以共享程序代码和数据结构,从而大大减少了程序的冗余信息。
对流传热系数类库的组成
由以上分析可知,对流传热系数类库组成的关键应该是烟气、空气和蒸汽的物性类库,它们是传热系数类库的基础。传热系数类库由以下几部分组成:
物性参数类库的组成
(1)烟气物性参数类库和空气物性参数类库的组成
类库分别包括求取烟气和空气的导热系数λ,运动粘度ν和普朗特数Pr的函数。
    (2)水蒸汽物性参数类库的组成
此类库包括水蒸汽焓h、水蒸汽比容v、水蒸汽定压比热CP、水蒸汽动力粘度ν、水蒸汽导热系数λ、水蒸汽普朗特数Pr、水蒸汽运动粘度μ七个函数。
换热系数类库的组成
烟气、空气对流换热系数类库的组成包括烟气横向冲刷顺列管束的对流换热系数,烟气横向冲刷错列管束的对流换热