SCR脫硝項目在試運行時，風機發生振動問題。振動問題的產生與風機運行頻率有一定關系——小于35Hz以下，煙道系統工作正常；大于35Hz以下，煙道系統出現異響。振動發生時，導致聯軸器襯套膜片斷裂。為保證正常投產運行，需要找出風機振動原因，解決振動問題。為了了解風機上游煙道與下游煙道氣體流動特征，需要對流動進行CFD模擬。

為了排除振動問題是由氣體在管道結構中流動誘發，通過 CFD 數值模擬的方法，確定模擬范圍。CFD數值模擬幾何模擬按照管道實際尺寸 1:1 的比例建立，主要完成數值模擬模型建立、網格劃分、邊界條件確定、數值計算、結果分析等內容。

模擬范圍包含兩部分：

（1） 風機入風口煙道。主要研究導流板對流動的影響。

（2） 風機出風口煙道。主要研究出風口煙道結構對流動的影響。

風機入風口煙道

風機入風口煙道流動模擬主要研究導流板對流動的影響，將模擬無導流板、現場結構導流板、以及延長導流板對流動的影響。

風機出風口煙道

主要研究出風口煙道結構對流動的影響，關注循環煙道取風口對流動的影響。

流動誘發壓力脈動數值模擬

    模擬方法與策略總體選擇

如果是流動造成的煙道系統的結構振動，其中根本原因輸送煙氣的壓力脈動。穩態模擬不能體現壓力隨時間的變化，因此，模擬應該以瞬態的方式進行，關注的重點應包括壓力脈動。

由于項目時間緊，要求計算快速準確地出結果。根據以往采用CFD方法研究輸氣管道振動經驗， k-e湍流模型的耗散效應導致無法準確捕捉到相應的壓力脈動，而DES、LES模型往往需要較多的網格，以及較長的計算時間。在眾多數值湍流模型中，通過權衡計算結果可靠性與時間成本，SBES湍流模型是最佳的模型，其即能捕捉到相應的壓力脈動，又能節省一部分時間。因此，本次計算中，所有案例采用SBES湍流模型。

在網格選擇擇上，本次案例的計算均使用結構化網格。一般工業現場案例的幾何模型結構復雜，在生成結構化網格時較為困難，只能采用非結構化網格。根據研究經驗，非結構化網格也容易出現無法捕捉到壓力脈動，且網格質量不佳容易影響計算的收斂性，從而延長了工作站計算時間。考慮到本次計算案例中，結構相對不是特別復雜，因此，投入一定的時間劃分結構化網格以獲得較高的計算精度及計算時間的節能是值得的。

為了研究流動在煙道內引起的壓力脈動，本節所有案例先采用穩態計算流場信息，再將穩態算例結果作為瞬態算例的初始化條件，展開計算。流體的材料設置為可壓縮氣體。相應離散格式采用二階迎風格式。瞬態計算的步長為0.0001。對相應點進行壓力監測，待計算穩定后停止相應計算。

風機入風口煙道流動模擬

考慮到風機入風口煙道主要研究導流板的影響，因此案列計算了三種結構模型：無導流板（圖 1）、有導流板（現場結構）（圖 2）、加長導流板（圖 3）。為了減少網格數量及網格繪制的麻煩，考慮到內部支撐件相較于流道較細，流體區域建模時忽略內部支撐件。為了準確模型流場，應盡可能完整建模，因此，在建模時，除了關注的“褲衩”結構區域，模型在入口和出口均相應延伸。在進行模擬時，對風機入口中心點p1和p2（圖 4）的壓力脈動進行監測。

圖 1 無導流板流域幾何模型

圖 2 有導流板流域幾何模型（現場結構）

圖 3 加長導流板流域幾何模型

圖 4 監測點位置示意圖

風機入風口煙道網格劃分

所有風機入風口煙道流域網格案例采用結構化網格。網格數量分別為930540（圖 5）、555204（圖 7）、495027（圖 9）。網格質量分別為大于0.95（圖 6）、大于0.85（圖 8）、大于0.8（圖 10）。

圖 5 無導流板流域網格

圖 6 無導流板流域網格質量

圖 7 有導流板流域（現場結構）網格

圖 8 有導流板流域（現場結構）網格質量

圖 9 加長導流板流域網格

圖 10 加長導流板流域網格質量

風機入風口煙道算例邊界條件

在風機入風口煙道算例中，入口邊界條件采用了壓力入口，出口邊界條件為質量流量出口。出口邊界設置對應風機兩入口的質量流量，分別為156kg/s和163kg/s。

風機入風口煙道算例結果分析