A Numerical Analysis of Flow Characteristics in a Heat Recovery Steam Generator with the Change of Inlet Flow Conditions

The present study has been carried out to analyze the flow characteristics of a heat recovery steam generator with the change of inlet flow conditions by using numerical flow analysis. The inlet of HRSG corresponds the outlet of gas turbine exit and the flow after gas turbine has strong swirl flow and turbulence. The inlet flow condition of HRSG should be included the exit flow characteristics of gas turbine. The present numerical analysis adopted the flow analysis result of gas turbine exit flow as a inlet flow condition of HRSG analysis. The computational flow analysis result of gas turbine exit shows that the maximum axial velocity appears near circular duct wall and the maximum turbulent kinetic energy and dissipation rate exist relatively higher gradient region of axial velocity. The comparison of flow analysis will be executed with change of inlet turbulent flow condition. The first case is using the inlet turbulent properties from the result of computational analysis of gas turbine exit flow, and the second case is using the assumed turbulent intensity with the magnitude proportional to the velocity magnitude and length scale. The computational results of flow characteristics for two cases show great difference especially in the velocity field and turbulent properties. The main conclusion of the present study is that the flow inlet condition of HRSG should be included the turbulent properties for the accurate computational result of flow analysis.

배열회수보일러(HRSG)의 입구유동 경계조건에 따른 유동특성 변화에 관한 연구

본 연구는 배열회수보일러(HRSG)에서의 유동특성을 유동수치해석을 통하여 분석하였다. HRSG 입구영역은 가스터빈 후류의 출구에 해당하고 가스터빈 후류는 강한 선회 및 난류 유동이다. 따라서 HRSG 입구 유동은 가스 터빈 출구 유동 특성이 고려되어야 한다. 본 연구에서는 HRSG 입구 유동 경계조건을 가스터빈 출구 유동 해석을 통하여 도출된 결과를 이용하였다. 가스터빈 출구 유동해석 결과를 보면 축방향 속도가 가장 크게 나타나는 곳이 원형 덕트의 벽면 측이고 난류운동에너지와 소산율이 크게 나타나는 곳이 속도 구배가 급격한 곳으로 축방향 속도가 최대가 되는 곳과 차이가 있다. 본 연구에서는 HRSG 입구영역에서의 난류 성분을 가스터빈 출구 유동을 계산 한 결과를 이용한 경우와 난류강도를 속도의 10%를 이용하고 원형 덕트의 직경을 특성 길이로 사용한 두 가지 경우에 대하여 유동해석을 통하여 유동 특성을 비교하였다. 본 연구를 통하여 HRSG 입구 유동 경계조건은 반드시 난류성분이 올바르게 적용되어야 HRSG 유동 특성 해석의 정확성을 기할 수 있음을 알았다.