600+MW火电机组间接空冷塔流动换热特性数值研究.pdf

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墨MW火电机组间接空冷塔流动换热特性数值研究600王为术，张雨飞，常娜娜引言研究对象及网格划分间接空冷技术口。中凝汽器冷凝介质——循环水传统火电厂循环冷却水损耗大，据统计，600Mw机组冷却塔水损失达lL／h，我国以火电为主，年耗水资源量巨大，为适应国家火电西移布局和节约珍贵的水资源，空冷技术被用于火电厂替代循环水冷却系统，能节水约65％～90％⋯．闭式循环，在空冷塔底部四周设置散热器，空气冷却循环水，蒸发损失为零．空冷塔是间接空冷系统中极其重要的设备，其流动和换热性能对电厂的经济性和安全性有重要的影响H-．空冷塔设备体积较大，如果采用传统的试验方法，投资成本高，难度大，影响因素多，通常采用数值模拟方法进行性能的研究，主要集中在塔内流场、塔外环境风影响和散热器性能等三方面．唐革风¨]，翟志强口]，宫婷婷M1和王晓华o¨等分别研究了塔外横风、侧风对塔内流动和传热的影响；王晓华⋯还提出在背风侧设置挡风墙来优化塔内换热；杨立军¨。91模拟了间接空冷系统空冷散热器的传热和运行特性；卜永东¨叫对电站间接空冷系统的变工况性能进行了分析．笔者采用Fluent6．3软件，以600MW超临界火电机组间接空冷塔为模拟对象，研究在不同环境风速下空冷塔内流动和传热性能，为大型间接空冷机组设计和运行提供理论依据．1．1模拟研究对象模拟研究对象为600Mw火电机组自然通风间接空冷塔，如图l所示．空冷塔外形采用旋转双曲线形壳体，塔体高150m，出口直径84．536喉部高度140m，进风口高26m，底部外围直径m．散热器采用翅片强化换热，垂直布置在空冷塔底部四周．网格划分利用CFD软件平台，通过数值模拟方法对空冷塔内流动和换热特性进行研究．空冷塔关于中心截面对称，为便于计算，选取几何模型的1／2进行研究．散热器结构复杂，为计算方便，在数值建模的过程中将散热器简化为一个空心圆柱体．利用Gambit2．0软件进行三维建模和网格划分，采用结文章编号：167l一6833(2014)叭一005l一04(华北水利水电大学热能工程研究中心，河南郑州450011)要：采用Fluent6．3软件对600Mw超临界火电机组自然通风间接空冷塔流动和换热性能进行了数值模拟，对不同的环境风速下空冷塔内流场特性和换热规律进行了研究．研究结果表明，空冷塔在风速为零的情况下流场较为稳定，散热量和通风量最大，随着风速的增大，空冷塔内流场发生了较大的变化，散热量和通风量都呈现下降趋势，对间接空冷机组的运行产生不利影响．研究结果为大型电站锅炉间接空冷塔的运行改造提供了理论依据．关键词：环境风速；空冷塔；散热量；数值模拟O基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划资助项目(20llA470007)作者简介：王为术(1972一)，男，重庆开县人，华北水利水电大学教授，博士，主要从事多相流动和传热方面的研究，2014年第35卷1月第1期郑州大学学报(工学版)University(EngineeringScience)摘中图分类号：TM614文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．167l一6833．2014．01．0121000134．544图1空冷塔示意Fig．1收稿日期：2013—09一Ol；修订日期：2013一11—09JoumalzhengzhouJan．Vol_35No．1m，Air-cooling1．2E—mail：[e-mail]2014tower
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数学模型3计算结果与分析构化六面体网格系统，并在空冷塔塔壁周围和散热器区域进行网格加密．空冷塔网格如图2所示．空冷塔入口和侧面均设置为速度人口，出口设置为压力出口，空冷塔的顶面和底面均设置为内部边界条件，其他均为固壁边界条件．湍流流动模型采用标准忌一s双方程模型，控制方程求解采用SIMPLE算法，近壁面采用标准壁面函数法．空冷塔散热器的流动和传热性能采用Fluent中的散热器模型，模拟计算中忽略散热器的辐射换热．用空冷塔散热量和通风量描述空冷塔宏观传热和流动性能，空冷塔散热量定义为通过空冷塔散热器交换的热量；通风量定义为通过散热器进入空冷塔内的空气流量．通过F1uent计算可以得到通过散热器的热流通量g，则空冷塔的散热量计算公式为Q。=gA．式中：Q．为空冷塔的散热量，w；A为散热器的面积，m2．对于空冷散热器，由于能量守恒，冷空气吸收的热量和热流体放出的热量相等，通过散热器的空气流量可由热平衡方程式求得Q2=c。m。△￡。=c。m。△t。=Q1．(2)式中：Q：为冷空气吸收的热量，w；c。，c。分别为水和空气的比热容，J／(kg·K)；m。，m。分别为水和空气的质量流量，kg／s；△f。，△f。分别为水和空气进口和出口的温度变化，K．3．1散热量和通风量据统计，我国大部分地区