翅片間距對(duì)單排管性能影響的數(shù)值研究

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1、第31卷第7期華電技術(shù)V01．31No．72009年7月HuadianTechnologyJu1．2009翅片間距對(duì)單排管性能影響的數(shù)值研究張薇，程遠(yuǎn)達(dá)，石磊。(1．華北水利水電學(xué)院環(huán)境與市政工程學(xué)院，河南鄭州450011；2．機(jī)械工業(yè)第一設(shè)計(jì)研究院，北京100044；3．中國華電工程(集團(tuán))有限公司，北京100048)摘要：單排管是直接空冷凝汽器的一種基本換熱元件，單排管外空氣側(cè)的流動(dòng)和傳熱性能研究，對(duì)于直接空冷凝汽器的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的意義。利用計(jì)算傳熱學(xué)軟件FLUENT，對(duì)不同翅片間距下單排管空氣側(cè)進(jìn)行三維數(shù)值模擬，并對(duì)速度場、溫度場

2、進(jìn)行分析和研究?？蔀橹苯涌绽湎到y(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞：單排管；空冷凝汽器；數(shù)值模擬；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：TK264．11文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674—1951(2009)07—0018—02在穩(wěn)態(tài)、不可壓縮、不計(jì)重力影響、常物性條件下，其1單排管簡介流動(dòng)和傳熱滿足以下控制方程：單排管是直接空冷凝汽器的一種基本換熱元(1)質(zhì)量守恒(連續(xù)性)方程件，具有蒸汽側(cè)流通面積大、阻力小、冬季防凍性能++：0f1)dxd’dz好、空氣側(cè)阻力小、傳熱系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)¨。單排管是直接空冷換熱元件的未來發(fā)展方向，單排管外形(2)動(dòng)量守恒方程aualaMa

3、D如圖1所示。單排管由基管和翅片組成，基管通過P“Yx+PYy+P一Oz一蓋+導(dǎo)熱的方式將管內(nèi)水蒸汽的熱量傳遞給鋁翅片；同時(shí)，基管和翅片又通過對(duì)流的方式將熱量傳遞給外肛肛(I+警+警1J，’(2)掠的空氣。因此，單排管的傳熱是空氣對(duì)流換熱和v3vcgvD固體導(dǎo)熱相互耦合的傳熱問題。由于管內(nèi)為水蒸汽P“+P+P～O一+z凝結(jié)放熱，單排管的傳熱性能主要取決于空氣側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)。因此，對(duì)單排管空氣側(cè)流動(dòng)和換熱(++)，c3性能的研究具有重要意義。OwOwOwOpPu+P+P加～d一+z(+0_aw2w+)。(4)(3)能量守恒方程tototoI

4、t+12+W：aOx十d十dz：(I＼望—Ox。+—a‘+十一Oz‘1／I，(I5J)』式中：P為空氣密度；t為空氣溫度；U，，W為空氣在圖1單排管外形圖本文利用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT對(duì)德國基，，z方向上的速度分量；P為空氣靜壓力；IX為動(dòng)力黏性系數(shù)；n為導(dǎo)溫系數(shù)。伊埃(GEA)公司單排管流動(dòng)和傳熱性能進(jìn)行數(shù)值由于翅片管空冷凝汽器幾何結(jié)構(gòu)的周期性和對(duì)模擬、分析和研究，研究翅片間距對(duì)單排管的流動(dòng)和稱性，選取GEA公司翅片管的一部分進(jìn)行研究，如換熱的影響。圖2所示。模擬中未考慮翅片上壓制的細(xì)小波紋。2模型的建立J對(duì)汽輪機(jī)額定功率(TRL)

5、工況(排汽背壓35kPa)下，單排管的性能進(jìn)行模擬。夏季環(huán)境條件為：1個(gè)模擬中，未考慮蒸汽側(cè)的熱阻、翅片與基管之間標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，空氣入口溫度為32℃。根據(jù)上述條的接觸熱阻以及實(shí)際運(yùn)行過程中單排管的污垢熱件，對(duì)2．2m／s迎面風(fēng)速下，單排管問空氣的流動(dòng)和阻。經(jīng)分析，空氣在翅片管間的流動(dòng)為層流流動(dòng)。傳熱進(jìn)行數(shù)值模擬。收稿日期：2009—01—06整個(gè)計(jì)算區(qū)域劃分為進(jìn)口段、中間段和出口段第7期張薇，等：翅片間距對(duì)單排管性能影響的數(shù)值研究·l9·3．2翅片間距對(duì)單排管性能的影響采用Colburn提出的傳熱因子與阻力因子／作為翅片換熱和阻力綜合性能的評(píng)

6、價(jià)基準(zhǔn)]。傳熱因子和阻力因子定義如下Nu一，—ReP—r1／3，(6)f：2Apd．，(7)▲pumL』———+式中：Pr為普朗特?cái)?shù)；卸為阻力損失；L為沿流動(dòng)方向的翅片長度；u為流體在翅片流道截面處的速度；d為流道的當(dāng)量直徑；努謝爾特?cái)?shù)Nu和雷諾數(shù)Re由式(8)和式(9)確定Ⅳ：，(8)圖2單排管幾何模型A3部分。為保證計(jì)算精度及節(jié)省計(jì)算機(jī)資源，采用Re：—／2rode—．(9)不均勻的六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。為了避免入口駐點(diǎn)和式中：A為流體的導(dǎo)熱系數(shù)；為流體的運(yùn)動(dòng)黏度。出口回流的影響，分別延長了進(jìn)、出口。空氣入口為在2．2m／s迎面風(fēng)速下，針對(duì)

7、不同翅片間距速度入口，出口為壓力出口，兩側(cè)為對(duì)稱性邊界。假(1．8，2．3，2．8，3．3，3．8，4．3mm)，對(duì)單排管的換熱定基管內(nèi)的蒸汽為飽和水蒸汽，基管壁面為定壁溫與流動(dòng)進(jìn)行模擬計(jì)算。圖4為隨翅片間距的變邊界條件，頂部截面為絕熱邊界條件。翅片處于流化曲線。由圖4可見，隨著翅片間距s的增加，場中，翅片表面的溫度分布由翅片導(dǎo)熱及其與空氣先增后減，在翅片間距為2．1mm附近出現(xiàn)最大值。對(duì)流換熱耦合求解得到。壓力和速度的耦合采用即2．2m／s迎面風(fēng)速下，當(dāng)單排管其他參數(shù)固定不SIMPLE算法。變時(shí)，翅片間距2．1mm時(shí)，翅片整體性能最優(yōu)。o

8、．0863結(jié)果及分析0．0840．0823．1模擬結(jié)果0．080、0．078在2．2m／s迎面風(fēng)速下，對(duì)稱面的速度和溫度0．076分布等值線圖如圖3中所示?？諝鈴耐獠靠臻g進(jìn)入0．