МОДЕЛЮВАННЯ СЕПАРАЦІЇ ВОДЯНОЇ ПАРИ В БАРАБАН-СЕПАРАТОРІ КОТЛА ГМ-50-1
Ключові слова:
теплообмін, числове моделювання, генерація пари, фазовий перехід, випаровуванняАнотація
Подано результати числового дослідження процесів сепарації водяної пари в барабані-сепараторі котельного агрегату ГМ-50-1, виконаного із застосуванням CFD-пакета ANSYS CFX. Розрахункова модель враховує реальні гідродинамічні умови роботи барабана: подачу пароводяної суміші з екранних труб, теплоізольований стан його металевого корпусу, а також організований відбір насиченої пари з верхньої частини та води — з нижньої. Для опису турбулентності застосовано модель Realizable k–ε.
Дисперсна фаза вологи моделювалася як сукупність сферичних частинок у рамках DPM-підходу, з розрахунком траєкторій у лагранжевій постановці з урахуванням інерції частинок, гідродинамічного опору та гравітаційної дії. Основний паровий потік описувався рівняннями Нав’є–Стокса для суцільного середовища. Взаємодія крапель між собою не враховувалась. Гідродинамічні та теплообмінні процеси моделювалися відповідно до моделей Shiler–Nauman та Ranz–Marshall.
Застосування ANSYS CFX дало змогу визначити положення зони фазового переходу та просторове розташування дзеркала випаровування в барабані, що має ключове значення для забезпечення стійкої роботи котлоагрегату. За відсутності експериментальних даних щодо локального паровмісту оцінювання коректності моделі здійснювалося на основі технологічних вимог до експлуатації барабанів цього типу.
Отримані результати можуть бути використані для оптимізації конструктивних рішень, режимних параметрів та оцінювання працездатності барабанів енергетичних котлів.
Посилання
О. В. Баранюк, О. Ю. Черноусенко, А. Ю. Рачинський, і О. О. Пікенін, «Моделювання контуру природньої циркуляції в котлі типу ГМ-50 (Е-50-3,9-440ГМ),» Вчені записки ТНУ імені В. І. Вернадського. Серія: Технічні науки, т. 36 (75), № 4, с. 124-133, 2025. http://doi.org/10.32782/2663-5941/2025.4.1/16 .
N. V. Kuznetsov, Ed., Teplovoy raschet kotel'nykh agregatov (Normativnyy metod). M.: Energiya, 1973.
О. В. Баранюк, М. В. Воробйов, і А. Ю. Рачинський, CFD-моделювання процесу генерації пари в моделі прямоточного парогенератора реактора ВВЕР-1000, навч. посіб. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://osvita.kpi.ua/ .
О. В. Баранюк, і А. Ю. Рачинський, «Моделювання генерації водяної пари при поздовжньому омиванні пучків труб,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 3, с. 99-108, 2023. http://doi.org/10.31649/1997-9266-2023-168-3-25-33 .
O. Chernousenko, A. Rachуnskyі, and O. Baranyuk, “CFD modeling of the gm-50 (e-50-3.9-440gm) boiler furnace,” Energy Technologies & Resource Saving, vol. 79, no. 2, pp. 138-149, 2024. http://doi.org/$10.33070/etars.2.2024.10 .
G. Lazaroiu, “Dynamic modelling of steam boiler drum,” Revue Roumaine des Sciences Techniques «Politehnica» University of Bucharest, no. 44 (1), pp. 101-109, 1999.
A. I. Ribic, “The development of a new industrial controller: structure, models, tuning and realization with application on thermal power plants.” Ph. D. dissertation, University of Belgrade, Belgrade, Serbia, 2010.
F. P. de Mello, “Boiler Models for System Dynamic Performance Studies,” IEEE Trans. Power Systems, vol. 6, no. 1, pp. 66-74, 1999.
S. R. Tawfeic, “Boiler Drum-Level Modeling,” J. Eng. Sci., Assiut Univ., Fac. Eng., vol. 41, no. 5, pp. 1812-1829, 2013.
A. Sumalatha, K. R. Sudha, and Ch. Jayalakshm, “Dynamic modeling of Boiler drum using nonlinear system identification approach,” Measurement Sensors, vol. 28, no. 9, pp. 100845, 2023. http://doi.org/10.1016/j.measen.2023.100845 .
M. A. Hossain, “Computational Study of Methane-air Combustion Using the Species Transport Model,” in AIAA SciTech Forum, San Diego, CA, USA, 2022. http://doi.org/$10.2514/6.2022-1102 .
P. U. Sunil, J. Barve, and P. S. V. Natara, “Mathematical modeling, simulation and validation of a boiler drum: Some investigations,” Energy, vol. 126, pp. 312-325, 2017. http://doi.org/10.1016/j.energy.2017.02.140 .
H. Kim, and S. Choi, “A model on water level dynamics in natural circulation drum-type boilers,” International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 32, no. 6, pp. 786-796, 2005. http://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2004.10.010 .
Б. Дробенко, С. Будз, І. Кузьо, Ю. Шоловій, і І. Будз, «Вплив накопичуваної пошкоджуваності на експлуатаційний ресурс барабана котлоагрегата теплоелектростанції,» ISTCIPA, № 56, с. 19-26, 2022. http://doi.org/10.23939/istcipa2022.56.019 .
С. Будз, і І. Будз, «Оцінка експлуатаційного ресурсу барабана котлоагрегату енергоблоку ТЕС, пошкодженого при його експлуатації,» Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології, № 38, с. 5-10, 2023. http://doi.org/10.15407/fmmit2023.38.005 .
ANSYS FLUENT 14.5 Theory Guide. New York, USA: ANSYS Inc., 2012.
L. F. Fedorov and N. G. Rassokhin, Processes of Steam Generation at Nuclear Power Plants. M.: Énergoatomizdat, 1985.
S. J. Green, and G. Hetsroni, “PWR steam generators,” International Journal of Multiphase Flow, vol. 21, pp. 1-97, 1995. http://doi.org/10.1016/0301-9322(95)00016-Q .
X. Yang, C. Zhu, Q. Zhou, J. Chen, and J. Mou, “Study on Performance and Operation Mechanism of a Separation Equipment for a PWR Steam Generator,” Atmosphere, vol. 14, no. 3, pp. 1-113, 2023. http://doi.org/10.3390/atmos14030451 .
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
