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侧风对自然通风湿式冷却塔性能影响的三维数值研究

刘德民  
【摘要】:自然通风湿式冷却塔广泛应用于热电站,其性能受填料、冷却水、气象条件及冷却塔结构等影响。环境侧风存在时,冷却塔内空气流场发生改变,从而影响水-气传热传质,使得冷却塔出水温度改变。目前,已有学者对侧风条件下冷却塔的性能进行研究,并提出了加装导风板优化侧风影响下冷却塔性能的方案;但关于侧风对冷却塔性能影响机理及不同数量导风板对冷却塔优化效果的分析不足。 本文基于传热传质理论和计算流体力学软件FLUENT,喷淋区及雨区采用离散相模型;填料区划分为10个子区域,各子区域加载基于Poppe模型的质量、动量、能量及组分源项,并采用标准k-ε湍流模型进行方程封闭,建立了冷却塔三维数值模型。采用该模型分析了不同侧风下塔内流场、出塔水温及填料子区域传热传质效果,提出了侧风影响冷却塔性能的机理;通过研究不同数量导风板对冷却塔流场及性能的影响,确定了导风板最佳加装方案;研究了入塔水温、布水量、环境空气温度、相对湿度及填料高度对通风量、出水温度等的影响,从而确定了其对冷却塔性能的影响程度,为多途径优化冷却塔性能奠定基础。 研究结果表明: (1)无侧风时,冷却塔雨区形成低压区,而进风口处产生轴向漩涡;侧风风速增大,雨区低压区发展为径向漩涡且影响范围增大,此时较大的惯性力推动漩涡向背风侧偏移,并在13m/s侧风时从背风侧后方偏移出冷却塔;轴向漩涡随侧风风速增大而影响范围增大,从而压缩轴向通风截面积,使得轴向通风量减小;此外,较大侧风(≥13m/s)引起的强惯性力使得雨区产生横向风,增强了雨区换热能力。填料子区域风速及传热能力的分析验证了该理论的可靠性。 (2)随侧风在0-7m/s内增加,冷却塔通风量降低、出水温度升高;7m/s侧风时冷却塔通风量较无侧风时减小25%,出塔水温则提高1.284K。侧风超过7m/s,冷却塔性能提升,13m/s侧风时出塔水温甚至低于无侧风时。 (3)冷却塔进风口加装60块导风板为最佳方案:在7m/s侧风时加装60块导风板,冷却塔出水水温较不加装导风板降低1.066K。 (4)常见工况下,空气温度对冷却塔运行效果影响最大,其次是入口水温及布水量,填料区作为主要传热传质区,其高度对冷却塔性能影响也较大,而环境空气湿度对冷却塔性能影响较小。 本文探究了环境侧风影响自然通风湿式冷却塔性能的机理,并确定了导风板最佳加装方案。最后,通过分析不同因素对冷却塔性能的影响,为多途径优化冷却塔性能奠定了基础。


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