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直接空冷凝汽器翅片管空气流动换热特性的数值研究

马荣荣  
【摘要】:介绍了直接空冷凝汽器的结构、工作原理和技术发展和组成凝汽器换热元件的核心元件翅片管的基本要求和类型,另外对数值模拟软件FLUENT的基本理论,模型的网格划分、边界条件的设定、FLUENT原理和用户自定义函数等进行了概述。 针对目前直接空冷凝汽器常用的两种基本形式的换热元件,椭圆管矩形翅片和扁平管蛇形翅片建立三维几何模型,利用FLUENT软件对管束外的冷却空气进行流动和传热特性的数值模拟,对翅片表面温度场分布,翅片间空气的速度场和压力场分布进行分析,通过对模拟结果的分析,研究了空气入口风速、翅片间距、翅片高度等参数对管束外气侧流动阻力和传热性能的影响规律,讨论了气侧综合换热性能指标与翅片间距、翅片高度及不用风速之间的关系,并进行了结构参数的优化。此外,分析了不同迎面风速对双排矩形翅片椭圆管换热性能的影响,将椭圆管矩形翅片和扁平管蛇形翅片两种换热元件在不同风速下的空气流动和传热性能进行对比分析,为翅片管的结构优化提供优化目标和方向。 对于单排管扁钢管钎焊蛇形翅片,通过数值模拟得到翅片管表面温度、翅片间距内空气速度和压力场分布图,将模拟结果拟合得到一定条件下管束对流换热系数、流动阻力随不同风速变化的关联式。结合某电厂空冷凝汽器的设计参数,通过将计算结果与设计参数对比,得到相同迎面风速下对流换热系数与设计参数的偏差为10%,流动阻力的偏差为6%,验证了数值模拟结果的可靠性。以上工作不仅可为空冷凝汽器的参数优化设计和高效运行提供一定的理论基础,同时也具有实用参考价值。


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