某工程的間接空冷塔三維數(shù)值模擬計算xmg

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1、某工程的間接空冷塔三維數(shù)值模擬計算趙順安[1]、徐名徐明[2]、張宏偉[1]、郭富民[1]1、中國水利水電科學(xué)研究院，北京，1000382、西南電力設(shè)計院，成都，610021內(nèi)容提要：間接空冷塔相鄰布置距離和自然風(fēng)對其熱力阻力特性的影響是設(shè)計所關(guān)注的問題，本文采用FLUENT軟件和散熱器模型對間接空冷無自然風(fēng)時不同布置間距對熱力特性影響及有自然風(fēng)時對間接空冷的運行水溫的影響進行數(shù)值模擬研究，結(jié)果分析表明：自然風(fēng)對雙塔性能的影響隨風(fēng)向不同而有顯著差異，風(fēng)向平行于塔連線時，迎風(fēng)塔所受影響大，背風(fēng)塔受影響小，風(fēng)向

2、垂直于塔連線時，兩塔所受影響基本一致，且與風(fēng)向平行連線時的迎風(fēng)塔所受影響相近；間接空冷塔的塔距越小，對塔的阻力熱力性能影響越大，建議塔間距不宜小于50m。可為其他工程設(shè)計提供參考和依據(jù)。關(guān)鍵詞：間接空冷、數(shù)值模擬、三維、空冷塔布置1．問題的提出間接空冷塔是我國三北地區(qū)火力發(fā)電的主要冷端設(shè)備設(shè)施，空冷塔一般為自然通風(fēng)的方式，散熱器的布置有兩種方式，一種是將散熱器水平布置塔殼內(nèi)的進風(fēng)口上；二是將散熱器垂直布置冷卻塔的進風(fēng)口的四周。前者要求冷卻塔殼走直徑大，且徑向散熱器布置方式有一部分面積無法利用，后者雖較好地克

3、服前者的缺點，但進風(fēng)口的高度相對而言要比濕冷高的多。按冷卻塔進風(fēng)的要求，多塔布置時，塔與塔的間距，塔與建筑物的間距要求也較大，對于才老廠改造或占地有要求的廠址，往往要打破規(guī)范要求的距離。對各間距的確定就成了設(shè)計首先遇到的問題。也就是說各間距對空冷塔的運行產(chǎn)生多大影響，就是這此些間距確定必須要考慮的因素，特別是要考慮有自然風(fēng)時相互間的影響?，F(xiàn)行的常規(guī)空冷塔熱力設(shè)計計算方法，無法對自然風(fēng)條件下這該空冷塔的氣流運動和熱交換進行模擬計算，也不能對周圍建筑物的影響進行分析評價。當(dāng)今數(shù)值模擬計算技術(shù)發(fā)展很快，我們可通過

4、三維數(shù)值模擬計算,來分析研究自然風(fēng)條件下空冷塔的阻力熱力特性，同時可評價塔距及周邊建筑對冷卻塔阻力熱力性能的影響，為冷卻塔設(shè)計布置提供技術(shù)支持，具有重要的工程實際意義。本文以某一工程為例，給出了以三維數(shù)值模擬方法進行空冷塔熱力阻力特性及其與建筑物的布置相互影響的模擬結(jié)果，可供其它工程參考。2．?dāng)?shù)學(xué)模型及數(shù)值方法2.1流動與傳熱模型7為了分析外界風(fēng)及周邊建筑物對冷卻塔內(nèi)外流場、溫度場的影響，需要對冷卻塔進行三維數(shù)值模擬，空冷塔如圖1所示。假設(shè)流動為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，空氣為完全氣體，流動馬赫數(shù)較小，不考慮可壓縮性，則冷卻

5、塔穩(wěn)態(tài)流動傳熱控制方程如下：圖1間接空冷塔三維模型示意圖假設(shè)流動為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，空氣為完全氣體，流動馬赫數(shù)較小，不考慮可壓縮性，則冷卻塔穩(wěn)態(tài)流動傳熱控制方程如下：連續(xù)方程(1)動量方程(2)(3)能量方程(4)空氣狀態(tài)方程(5)上式中為密度，為速度矢量，為應(yīng)力，為壓強，為湍流粘性系數(shù)，為焓，為空氣溫度，為湍流Prandtl數(shù)，為能量方程源項，為氣體常數(shù)。湍流模型采用雙方程湍流模型，方程如下：湍動能方程：7(6)湍動能耗散率方程：(7)(8)上式中為湍動能，為湍動能耗散率，分別為由速度梯度和浮力引起的湍動能生成項，

6、分別為和的湍流Prandtl數(shù)，模型常數(shù)分別取1.44、1.68、0.0845。在FLUENT中按下式計算：，其中分別為方向速度分量。湍動能耗散率方程中的附加項按下式計算：(9)式中。2.2換熱器耦合換熱模型在冷卻塔進風(fēng)口，風(fēng)與循環(huán)冷卻循環(huán)水通過換熱器進行熱交換?？諝饬鹘?jīng)換熱器的能量交換與阻力損失按下式計算：(10)(11)式中為換熱器壓差損失，為空氣進過換熱器微元單位面積所獲得的熱量，為流動方向換熱器微元投影面積，為換熱器阻力系數(shù)，為換熱器換熱系數(shù)，為冷卻循環(huán)冷卻水溫度，為空氣溫度。進風(fēng)口換熱器垂直布置，

7、循環(huán)水自頂端底端聯(lián)箱進入接入換熱器，從底部頂部聯(lián)箱流出接出只有單流程布置的才是這樣的。如果是雙流程，則循環(huán)水是從換熱器下聯(lián)箱一端進入，經(jīng)過內(nèi)側(cè)冷卻管束上行至頂部聯(lián)箱后再經(jīng)外側(cè)冷卻管束下行至下部聯(lián)箱另一端出水。目前工程采用雙流程居多，因換熱效率高。。受空氣冷卻，循環(huán)水溫度沿流向逐漸降低，假設(shè)進風(fēng)口來風(fēng)溫度為常數(shù)，則沿高度方向是變化的，同樣空氣經(jīng)過換熱器后溫度升高也是沿高度變化的。在空氣與循環(huán)冷卻水的耦合換熱分析中，采用對數(shù)溫差進行計算，即：(12)對于交叉流式換熱器，平均溫差按可按下式計算：7(13)式中是將

8、給定的冷熱流體進出口溫度布置成逆流式的對數(shù)平均溫差，是小于1的修正系數(shù)。按下式計算：(14)修正系數(shù)取決于兩個無量綱參數(shù)P、R，其定義如下：(15)式中表示熱流體進出口溫度，表示冷流體進出口溫度。2.3數(shù)值方法本研究采用商用計算流體軟件FLUENT對冷卻塔流動傳熱三維數(shù)學(xué)模型進行求解，并對不同外界風(fēng)條件、建筑物布置等多種工況進行數(shù)值模擬。冷卻塔內(nèi)空氣流動屬于浮力驅(qū)動的自然對流，為穩(wěn)態(tài)不可壓流。其控制方程的離散采用