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直接空冷系统扁平管翅片结构优化与性能分析

董泽文  
【摘要】:蛇形翅片扁平管是电站直接空冷系统的基本散热元件,研究其结构优化和流动换热性能分析,对于电站空冷系统的优化设计与高效运行具有重要意义。以直接空冷系统典型的连续蛇形翅片扁平管束为研究对象,通过实验,研究不同的翅片管间距对翅片间冷却空气的的流动换热特性的影响,以及垂直进风和倾斜进风工况下,翅片散热性能的变化。结果表明,在相同的风速下,随着管间距的减小,翅片的换热系数增大,而阻力系数的变化相对复杂。实验条件下,管间距为56.8mm时整体性能较优。对比同一管型在不同工况下的性能可得,垂直进风工况下,翅片管的换热性能较优,这是由于倾斜进风时,迎面空气流动发生折转,进入翅片通道中的空气流速大大降低造成的。研究结果为扁平管连续翅片结构的进一步优化提供了基础数据。空冷单元的翅片管进口方向与风机引风方向存在60。的夹角,致使近似直线上升的冷却气流需要经过翅片管流道的折转作用,才能完成对翅片管束的冷却,最终流出空冷单元。这种流动的折转,对气流造成了较大的进口阻力损失,因此优化翅片管的进口结构,对于优化整个空冷单元的流动与换热的改善,有很重要的作用。对扁平管蛇形翅片,在保证垂直间距不变的基础上,通过改变翅片与基管的倾斜角度进行结构改进,综合比较分析。结果表明,将倾斜翅片管束应用与空冷单元实际运行时,倾斜翅片可以有效地改善空冷三角单元整体的流动与换热特性,且20。~40°为最优倾角区间。对于应用于火电机组直接空冷凝汽器的扁平翅片管,比较分析了多种湍流模型用于性能数值模拟的可靠性和适用性。通过与直接大涡模拟和实验结果的分析对比,发现选择k-ω SST模型,能够较好的反映翅片管在不同进风条件下的特性。建立扁平翅片管三维流动和传热物理数学模型,针对实际运行空冷冷凝器翅片管束的倾斜布置以及轴流风机产生的螺旋冷却空气流场,对不同倾斜角度和垂直进风的影响进行了系统的数值模拟分析,获得不同进风风速、进风倾斜角度下翅片管空气侧流动和传热的特性。引入支持向量机算法,对影响翅片管流动传热性能的多种作用因素进行了拟合分析,得出相应的拟合向量。研究结果为进一步研究空冷单元以及空冷岛的运行特性提供理论依据。


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