基于cfd的离心式高效喷溅装置水力特性

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1、基于CFD的离心式高效喷溅装置水力特性　　摘要：为提高离心式高效喷溅装置的布水均匀性，采用欧拉（Eulerian）多相流模型和重整规划群（RNG）k-ε湍流模型对离心式高效喷溅装置的水力特性进行了三维数值模拟，将其模拟的溅洒情况与试验情况进行了对比，验证了模型的正确性。并用此方法研究了离心式喷溅装置在3种水头和4种转速下的水力特性，结果表明其在较广的水头和转速范围下均能实现均匀布水，且一定范围内提高水头和降低转速可以提高布水均匀性，提出离心式高效喷溅装置的建议工作转速为60～120r/min。　　关键词：冷却塔；喷溅装置；数值模拟；试验；水力性能；均匀布水　　中图分类号：TK050文献标

2、志码：A文章编号：1672-1683（2016）04-0158-05　　Abstract：Inordertoimprovetheuniformityofwaterdistributionofefficientcentrifugalspraynozzle，theEulerianmodel，oneofmultiphaseflow，andtheRNGturbulencemodelwerechoseninthree-dimensionalnumericalsimulationtoinvestigatethehydrauliccharacteristicsofefficientcentrifuga

3、lspraynozzle.Comparisonofnumericalsimulationresultswithexperimentalresultsverifiedthecorrectnessofthemodel.Thehydrauliccharacteristicsofefficientcentrifugalspraynozzlewerecomparativelyanalyzedunderthreeheadconditionsandfour12speedconditionswiththisnumericalsimulationmethod.Theresultsshowedthatitc

4、ouldachieveuniformwaterdistributioninawideheadrangeandawidespeedrange.Theuniformityofwaterdistributionofefficientcentrifugalspraynozzlecouldbeimprovedbyraisingtheheadandreducingthespeedinacertainrange.Accordingly，therecommendedworkingspeedrangeoftheefficientcentrifugalspraynozzlewas60～120r/min.　　

5、Keywords：coolingtower；spraynozzle；numericalsimulation；experiment；hydrauliccharacteristics；uniformwaterdistribution　　自然通风逆流湿式冷却塔广泛用作火电、核电的冷端设备，其换热效率影响着整个电站的效益[1]。50MW的机组，出塔水温升高1℃，煤耗率增加1.52g/（kW?h）[2]。喷溅装置是安装在冷却塔内，喷淋溅散水滴的，对其进行水力分析及结构优化可有效改善布水均匀性，提高冷却塔换热效率[3]。华能巢湖电厂1号机组冷却塔进行喷溅装置改造后，出塔水温降低了1.51℃，每年减少

6、标煤消耗　　375012t以上[4]。针对使用较广的旋转型喷溅装置[5-7]，韩永春[8]提出了多层旋转喷溅装置，刘剑卿[9]提出了离心式高效喷溅装置，本质上都是为使布水更均匀而进行的结构上的改进。目前，研究喷溅装置水力性能多采用实验方法[10-13]，但该方法需要实体的喷溅装置，周期长，经费高。近年来，随着CFD技术的发展，许多水力机械问题都采用CFD进行研究，并得到了较好的效果[14-17]，亦有采用CFD研究冷却塔内布水特性对整塔效率的影响[1，18]，但用其对冷却塔内具体结构进行研究的较少。鉴此，本文采用CFD软件Fluent对离心式高效喷溅装置进行了数值模拟，分别对其在3种水头

7、，4种转速下的水力特性进行了研究，分析其布水性能。　　1离心式高效喷溅装置　　离心式高效喷溅装置见图1，其具有连接管、支撑架和溅水碟等结构，连接管上设有套管，支撑架上连有转轮，转轮有40个叶片。离心式高效喷溅装置配有一系列不同口径的套管，以满足不同工况下的流量要求。　　2计算模型　　2.1模型的建立与边界条件　　按1∶1的实际尺寸建立离心式高效喷溅装置模型，为避免边界条件对计算结果的影响，建立如图2所示圆柱形计算区域，圆柱底面半径5