鼓风型机械通风冷却塔空气动力特性数据仿真研究

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1、鼓风型机械通风冷却塔空气动力特性数据仿真研究第一章绪论1.1研究目的及意义与滨海核电厂相比，我国内陆核电建设尚处于起歩阶段，内陆核电厂的循环水系统用水多考虑釆用自然通风冷却塔的冷却方式，为此近年来国内展开了适应于内陆核电发展的超大型冷却塔及高位集水冷却塔等[5-6]相关技术研究。对于内陆核电厂重要厂用水系统来说，在电厂冷停堆期间每个机组所需要的冷却水量可达5000mVh，温升最高可达15°C，因此有必要考虑采用机械通风冷却塔来对重要厂用水系统的用水进行二次循环冷却。在国外已有这种方式，如美国大多数内陆核电厂的重要厂用水系统采用每台机组配2台机械通风冷却塔的标准设计，而在我国机

2、械通风冷却塔目前还没有被用于核电厂的先例，但是随着我国内陆核电建设的快速发展，机械通风冷却塔将会越来越多的被用于内陆核电的重要厂用水系统中。机械通风冷却塔有抽风式与鼓风式两种，二者在通风方式上存在明显差异，其中鼓风式机械通风冷却塔的风机安装在冷却塔下部，抵御地震危害的能力更强，设备维修、保养等更简单，还能有效防止外来飞射物进入对风机及其他构件造成损害，因此鼓风式机械通风冷却塔应用于内陆核电厂重要厂用水系统更加安全可靠。鼓风式机械通风冷却塔不仅在通风方式上有别于常规的抽风式机械通风冷却塔，在塔型结构布置上也有明显差异，目前，我国对此并没有明确的设计原则与方法，特别是如何计算冷却塔的阻力

3、，没有直接可以采用的计算公式。为了解鼓风式机械通风冷却塔的运行特性，可通过相关的理论分析、试验研究以及数值计算来确定其空气动力特性。实践证明，通过物理模型试验来研究冷却塔的空气动力特性是一种十分有效的手段，但是由于鼓风式机械通风冷却塔模型本身的复杂性及塔型的不固定性，使模型试验研究受到局限，而利用流体力学软件Fluent则十分方便有效。冷却塔的空气动力特性与其换热性能密切相关，对于鼓风式机械通风冷却塔来说，良好的进风条件和塔内气流流态，特别是填料断面处风速分布均匀状况是保证冷却塔充分进行热质交换的重要条件，均勾顺畅的气流能够最大效率的发挥热水与冷空气的换热潜能，提髙冷却塔的工作效率。

4、冷却塔塔型不同，如不同的出口收缩段高度位置、出口收缩角大小及填料离进风口上沿的距离等，其塔内气流分布也不同，良好的塔型对于降低整塔阻力、提高配风均勾性、增强冷却塔整体性能、确保冷却塔安全稳定运行及节省工程投资等都具有十分重要的意义。1.2国内外研究情况冷却塔发展至今，国内外学者通过理论分析、数值模拟计算及模型试验等方法对其性能做了大量的研究工作，也摸索出许许多多的设计计算和优化改造方法。理论分析是冷却塔研究的基础，即使是采用数值计算方法和模型试验方法也离不开理论分析；模型或模拟试验研究直观可信，可以用来检验理论分析和数值计算的正确性，是冷却塔研究的一种传统方法，但是试验研究往往耗资巨

5、大而且受到试验场地等的限制；数值模拟方法具有成本较低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点，能够拓宽试验研究的范围，减少研究成本昂贵的工作量，尤其是近年来随着计算机技术的发展而越来越受欢迎。国内外关于冷却塔的理论分析研究最为经典的就是Merke在1925年提出来的焓差法热力计算模型，也被称为Merkel模型。后来，Poppe及相继提出Poppe计算模型及eNTU模型，这些模型为以后冷却塔的数值模拟研究提供了思路和方法。1978年通过将填料及风筒内气流简化为一维流动，填料以下的气流简化为横流流动对自然通风冷却塔塔内流动进行了计算，并首次提出塔内气流速度非均匀化的思想，但是计算结果并不令人满

6、意。在1980年首次釆用有限元法求解N-S控制方程对柱形自然通风逆流式冷却塔的塔内流动进行了数值计算，计算时同时考虑了雨区和填料对气流的阻力影响，计算结果比较合理。但是由于只是针对柱形冷却塔进行计算，所以算例的局限性很大，和实际工程仍有一定的差距。A.K.Majumdar等人[14]在1983年以两相流理论为基础，建立了机械通风冷却塔的二维运动数学模型，研究中将气流简化为二维轴对称运动，但水流则近似为一维运动，总体来说这次模拟计算较为成功，开发了一个叫VERA2D的程序包。第二章鼓风式机械通风冷却塔的原理2.1鼓风式机械通风冷却塔简介2.1.1冷却塔分类及应用冷却塔按不同的分类标准，

7、可分为不同的型式：按照通风方式不同又可分为自然通风冷却塔、机械通风冷却塔及混合通风冷却塔；按照热水与空气的流动方向可分为逆流式冷却塔、横流式冷却塔及混流式冷却塔；按照热水与空气的接触方式可分为湿式冷却塔、干式冷却塔以及千湿式冷却塔。其中图2-1所示为自然通风逆流湿式冷却塔，它具有冷却能力大、冷却效率高、运行费用低等特点，在我国电力行业中被广泛使用。与自然通风冷却塔相比，机械通风冷却塔具有投资低、建设工期短等优势，其分类、应用等将在下一节具体介绍。机械通风冷