在能源电力领域,大型发电设备的动静态特性多年来一直是国内外学者的重要研究课题。锅炉是一种系统复杂、体积庞大和价格昂贵的能量转换设备,其中锅炉管内工质(包括单相区、两相区)的特性尤为复杂。研究锅炉管内工质动态特性,直接针对锅炉实物来进行试验分析,是非常困难的,而通过建立数学模型的方法,在计算机上进行数字仿真以得到其内部的动态特性,则是一种切实可行的方法。本文以河南姚孟发电厂300MW亚临界直流锅炉为研究对象,对其管内工质的建模问题进行了较为详细的研究,并通过数字仿真研究了其动态特性,主要内容包括:(1)在锅炉的单相区段,以姚孟电厂300MW直流锅炉的后屏管段为对象,对国内学者近年来所提出的嵌套结构集总参数模型、链式结构集总参数模型和移动参数模型建模方法进行了分析和比较,得到了它们在不同扰动下的响应特性。由于线性分布参数模型在推导中做了大量的简化与假定,因此在进行分析比较时没有采用直接与线性分布参数模型对比传递函数的传统方法,而是引入了流行的CFD/NHT软件Fluent建立单相受热管传热模型,与原始的线性分布参数模型相比,该模型中增加了进一步深刻揭示管内工质流动特性的k-ε湍流模型,从而得到更加接近实际情况的仿真结果,并以此作为比较的标准。(2)在两相区段,归纳了蒸发区数学模型的建立方法及其发展过程,并以姚孟电厂300MW机组的亚临界直流锅炉蒸发区为研究对象,以理论分析的方法建立了其机理模型并在计算机上进行仿真,验证了模型的合理性。此模型可承受较大的扰动,能够模拟锅炉蒸发区内工质不同状态的变换过程,可以正确反映汽水蒸发段的动态变化规律,为今后的研究工作提供参考。对蒸发区模型进行了不同的阶跃扰动试验和升降负荷试验,将所得结果与现场APROS仿真系统的数据进行对比,验证了模型计算结果的可靠性。仿真试验得到了主要操作变量扰动下蒸发区参数的动态响应过程,其结果可为解释蒸发区的物理现象以及控制系统的设计和整定提供一定的参考。论文最后指出了一些需要进一步研究的问题。