基于计算流体力学软件的直接空冷单元流场特性分析

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1、第34卷第12期华电技刁}=Vo1．34No．122012年12月HuadianTechnologyDee．2012基于计算流体力学软件的直接空冷单元流场特性分析孙启德，马英(1．北方联合电力有限责任公司，内蒙古呼和浩特010020；2．华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206)摘要：针对直接空冷机组受环境因素影响较大的问题，以某电厂300MW直接空冷机组单元为实例，利用数值模拟方法建立了空冷凝汽器单元的计算模型，进而找到环境因素对凝汽器单元流场的影响规律，定量研究了空冷凝汽器换热效率与环境因素的关系，可对凝汽器的优化设计和经济安全运行提供数值参考。关键词：直接空冷凝汽器；数值模

2、拟；横向风；流动特性；换热效率中图分类号：TKl12：TK264．1文献标志码：A文章编号：1674—1951(2012)12—0015—03对区域进行了分块划分，对散热器及风机周围进行O引言了网格加密，以保证计算的精度，不规则区域采用四直接空冷技术具有显著的节水效果，在“富煤面体网格，规则区域采用六面体网格，以减少网格数缺水”地区或干旱地区已得到了广泛的应用。参考量，如图1所示。采用不同的网格划分验证了网格文献[1]指出，直接空冷系统与湿式冷却塔系统相划分的无关性，最后得到网格数为27万个。比，可减少65％的耗水量。直接空冷机组的主要特点就是用空气作为冷却介质来冷却汽轮机排气，而空冷凝汽器

3、常年布置在大风环境中，故环境风向、风速、风温都对其的换热效果造成影响，且换热器的A字形布置结构会使流过换热器的迎面空气出现流场分布不均匀的现象，这会影响凝汽器的换热效率。所以，通过研究凝汽器单元的流动特性，进而找到规律，对凝汽器的优化和设计提供科学依据。1直接空冷单元的几何建模和网格划分1．1物理模型直接空冷凝汽器由若干个具有同样结构的凝汽器单元并列组成，而呈A字形布置的换热器是凝汽器单元的核心部分，A字形框架的顶端为蒸汽分配图1凝汽器单元网格示意图管，底部为轴流风机。本文选取300MW直接空冷2直接空冷单元的数值建模机组中一个典型单元作为研究对象，该单元尺寸为12．0In×10．0In×1

4、0．8111，空冷风机直径为8．911TI。2．1控制方程为了保证计算时出口处不产生回流及进口流场的均直接空冷凝汽器周围的大气运动可视为不可压匀性，将整个计算区域在该散热器单元上下各延长缩定常流动，该模型采用标准k一模型。标准k一一段距离，于是，计算区域变为200．0In×200．0m×模型的控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方100．0in。程、k方程与方程J。这些微分方程用张量表示1．2网格划分如下利用Fluent的前处理软件GAMBIT对计算区域连续性方程：进行网格划分，为了划分网格方便和保证网格质量，OUx一++丝：0(1)dxd，dz收稿日期：2012—06—28能量方程·16

5、·华电技术第34卷能的影响，取2个典型的方向进行研究，垂直于单元Ux+y+Oz组的方向(方向)和平行于空冷单元组方向(Y方向)。横向风存在，使空冷单元流场出现不均匀现一p—c—p(I＼ax‘+—Oy+—az‘)》l。(2)象，使流动损失增大，换热效率减小。动量方程在y方向横向风的影响下，横向风速度达到丝++丝：塑+U+Uy+Uz一5m／s，散热器翅片管及空冷单元的速度分布如图2xOz一纛+和图3所示。通过对不同横向风速的计算得到，横(＼c)x‘+v+Oz)，。(3)向风速的增大使得到达空冷散热器的迎面风速减小，阻力增大。从图2中可以看出，速度自下而上增湍动能方程大，这是散热器的A字形布置决定

6、的，而横向风的~x(PUi毒+嘲+G影响使换热器迎风面的速度向横向风流出方向偏湍动能耗散方程斜。从图3中可以看出，Y方向横向风对左右散热器的影响是对称的。砉c=蠹[(+)老]+c1詈G一C2P}。(5)式中：U，U，U。分别代表，Y，z3个方向的速度矢量，U是第i个(，Y或z方向)速度矢量；为湍动能；s为湍动能耗散率。豳765H5433O55O55O其中，有效黏度用下式计算⋯p等。标准k—模型需要求解湍流动能及其耗散率在Fluent中，各常数的默认值为C一占=1．44，C一=1．92，湍流动能和耗散率的湍流值分别为=1．0，r，=1．3。图2散热器翅片管速度等值线图2．2边界条件翅片管散热器

7、采用了多孔介质模型，对该多孔区的动量方程上附加动量消耗的源项，该源项由惯一性阻力和黏性阻力组成，表示如下s=一(∑Do~／xvj+∑C寺p／'／magPj)。(6)对于简单、均匀的多孔介质，可采用s=一(＼rv+C：p／-"magPj1／，(7)式中：5为动量方程中的附加源项；为黏性系数；l，，为速度矢量；or为多孔介质的渗透率；C为惯性阻力因子。根据试验数据，惯性系数取3281779，黏性阻力系数取20，多