شبيه سازي ديناميك سيالات محاسباتي مبدل ژانگستروم نيروگاه بخار بمنظور برآورد نشتي با استفاده از رويكرد محيط متخلخل

Computational Fluid Dynamics Simulation of Ljungstrom Rotary Preheater in Steam Power Plant for Leakage Assessment Using Porous Media Approach

مبدل‌هاي پيش گرمكن دوار ژانگستروم يكي از مهمترين تجهيزات بازيابي انرژي در نيروگاه ها ميباشند. در تحقيق حاضر به كمك رويكرد ديناميك سيالات محاسباتي معادلات پيوستگي، ممنتوم و انرژي در محيط متخلخل و در مختصات مرجع متحرك حل و ميزان نشتي اين مبدل‌ها ارزيابي شده است. اعتبارسنجي روش عددي ارائه شده توسط انطباق نتايج حل عددي با داده هاي واقعي نيروگاه تاييد شده است. در اين تحقيق تأثير شرايط عملياتي مختلفي همچون سرعت چرخش ماتريس، جنس صفحات ماتريس و پيشگرم كردن ورودي مبدل بر روي بازده مبدل ژانگستروم مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين مقدار نشتي محوري و شعاعي مبدل تخمين و تاثير استفاده از انواع آب بندها بر روي ميزان آن مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج شبيه سازي، حاكي از آن است كه افزايش سرعت چرخشي ماتريس تا يك حد معين، استفاده از ماده اي با كمترين نفوذ حرارتي و پيشگرم كردن هوا ورودي به مبدل با در نظر گرفتن ملاحضات اقتصادي منجر به ارتقا عملكرد ژانگستروم ميشود. نتايج حاصل از برآورد نشتي نشان ميدهد كه نشتي غالب در مبدل ژانگستروم نشتي شعاعي ميباشد و با استفاده از نشت بندهاي دوگانه و سه گانه ميزان آن را ميتوان بطور قابل ملاحضه اي كاهش داد.

Ljungstrom rotary air preheaters are applied at power plants to use the waste energy. In this study, by applying the CFD model, mass, momentum and energy equations in a porous media are solved using moving reference frame (MRF) and the leakage rate content is evaluated. The validation of numerical simulation proved by comparison of the numerical results and experimental data. In this study, the effects of different operational conditions such as matrix rotation speed, plate’s material, inlet fluid preheating on the exchanger performance have been investigated. Also the value of axial lekage and radial leakage are estimated and the effects of using different seal types on leakage rates are investigated. Numerical results show increasing the rotational speed up to certain limit, using materials with low thermal diffusivity and preheating the inlet fluid considering the economical issues, improve the heat exchanger performance. Leakage estimation results show the radial leakage is the main leakage in the Ljungstrom and using double-seal and triple-seal can reduce the leakage rates considerably.