某工程的間接空冷塔三維數(shù)值模擬計(jì)算xmg

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1、某工程的間接空冷塔三維數(shù)值模擬計(jì)算趙順安[1]、徐名徐明[2]、張宏偉[1]、郭富民[1]1、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京，1000382、西南電力設(shè)計(jì)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(duì)其熱力阻力特性的影響是設(shè)計(jì)所關(guān)注的問(wèn)題，本文采用FLUENT軟件和散熱器模型對(duì)間接空冷無(wú)自然風(fēng)時(shí)不同布置間距對(duì)熱力特性影響及有自然風(fēng)時(shí)對(duì)間接空冷的運(yùn)行水溫的影響進(jìn)行數(shù)值模擬研究，結(jié)果分析表明：自然風(fēng)對(duì)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(xiàn)時(shí)，迎風(fēng)塔所受影響大，背風(fēng)塔受影響小，風(fēng)向垂直于塔

2、連線(xiàn)時(shí)，兩塔所受影響基本一致，且與風(fēng)向平行連線(xiàn)時(shí)的迎風(fēng)塔所受影響相近；間接空冷塔的塔距越小，對(duì)塔的阻力熱力性能影響越大，建議塔間距不宜小于50m?？蔀槠渌こ淘O(shè)計(jì)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(wèn)題的提出間接空冷塔是我國(guó)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(jìn)風(fēng)口上；二是將散熱器垂直布置冷卻塔的進(jìn)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(wú)法利用，后者雖較好地克服前者的缺點(diǎn)，但

3、進(jìn)風(fēng)口的高度相對(duì)而言要比濕冷高的多。按冷卻塔進(jìn)風(fēng)的要求，多塔布置時(shí)，塔與塔的間距，塔與建筑物的間距要求也較大，對(duì)于才老廠(chǎng)改造或占地有要求的廠(chǎng)址，往往要打破規(guī)范要求的距離。對(duì)各間距的確定就成了設(shè)計(jì)首先遇到的問(wèn)題。也就是說(shuō)各間距對(duì)空冷塔的運(yùn)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(shí)相互間的影響?，F(xiàn)行的常規(guī)空冷塔熱力設(shè)計(jì)計(jì)算方法，無(wú)法對(duì)自然風(fēng)條件下這該空冷塔的氣流運(yùn)動(dòng)和熱交換進(jìn)行模擬計(jì)算，也不能對(duì)周?chē)ㄖ锏挠绊戇M(jìn)行分析評(píng)價(jià)。當(dāng)今數(shù)值模擬計(jì)算技術(shù)發(fā)展很快，我們可通過(guò)三維數(shù)值模擬計(jì)算,來(lái)分析

4、研究自然風(fēng)條件下空冷塔的阻力熱力特性，同時(shí)可評(píng)價(jià)塔距及周邊建筑對(duì)冷卻塔阻力熱力性能的影響，為冷卻塔設(shè)計(jì)布置提供技術(shù)支持，具有重要的工程實(shí)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(jìn)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(dòng)與傳熱模型7為了分析外界風(fēng)及周邊建筑物對(duì)冷卻塔內(nèi)外流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的影響，需要對(duì)冷卻塔進(jìn)行三維數(shù)值模擬，空冷塔如圖1所示。假設(shè)流動(dòng)為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，空氣為完全氣體，流動(dòng)馬赫數(shù)較小，不考慮可壓縮性，則冷卻塔穩(wěn)態(tài)流動(dòng)傳熱控制方程如下：圖1

5、間接空冷塔三維模型示意圖假設(shè)流動(dòng)為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，空氣為完全氣體，流動(dòng)馬赫數(shù)較小，不考慮可壓縮性，則冷卻塔穩(wěn)態(tài)流動(dòng)傳熱控制方程如下：連續(xù)方程(1)動(dòng)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(qiáng)，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(xiàng)，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(dòng)能方程：7(6)湍動(dòng)能耗散率方程：(7)(8)上式中為湍動(dòng)能，為湍動(dòng)能耗散率，分別為由速度梯度和浮力引起的湍動(dòng)能生成項(xiàng)，分別為和的湍流Prandtl數(shù)，模型常數(shù)

6、分別取1.44、1.68、0.0845。在FLUENT中按下式計(jì)算：，其中分別為方向速度分量。湍動(dòng)能耗散率方程中的附加項(xiàng)按下式計(jì)算：(9)式中。2.2換熱器耦合換熱模型在冷卻塔進(jìn)風(fēng)口，風(fēng)與循環(huán)冷卻循環(huán)水通過(guò)換熱器進(jìn)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(jì)算：(10)(11)式中為換熱器壓差損失，為空氣進(jìn)過(guò)換熱器微元單位面積所獲得的熱量，為流動(dòng)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(jìn)風(fēng)口換熱器垂直布置，循環(huán)水自頂端底端聯(lián)箱進(jìn)入接入換熱器，從底部頂部聯(lián)

7、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(jìn)入，經(jīng)過(guò)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(jìn)風(fēng)口來(lái)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(guò)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(duì)數(shù)溫差進(jìn)行計(jì)算，即：(12)對(duì)于交叉流式換熱器，平均溫差按可按下式計(jì)算：7(13)式中是將給定的冷熱流體進(jìn)出口溫度布置成逆流式的對(duì)數(shù)平均溫差，是小

8、于1的修正系數(shù)。按下式計(jì)算：(14)修正系數(shù)取決于兩個(gè)無(wú)量綱參數(shù)P、R，其定義如下：(15)式中表示熱流體進(jìn)出口溫度，表示冷流體進(jìn)出口溫度。2.3數(shù)值方法本研究采用商用計(jì)算流體軟件FLUENT對(duì)冷卻塔流動(dòng)傳熱三維數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，并對(duì)不同外界風(fēng)條件、建筑物布置等多種工況進(jìn)行數(shù)值模擬。冷卻塔內(nèi)空氣流動(dòng)屬于浮力驅(qū)動(dòng)的自然對(duì)流，為穩(wěn)態(tài)不可壓流。其控制方程的離散采用