翅片空冷器内外侧流体流动数值模拟和特性探究

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1、翅片空冷器内外侧流体流动数值模拟和特性探究摘要：翅片空冷器在电站中发挥着重要作用，其冷却方式采取空气为冷却介质，取代了传统的水冷却介质。因空气冷凝器暴露在空气中，与周围空气是进行热交换，其环境风场则会对空冷器运行产生较大影响。应用FLUENT软件，对翅片空冷器内外侧流体流动数值进行模拟与特性研究。在分析翅片空冷器内外侧流体流动数值特性的基础上，提出研究结论。关键词：翅片空冷器；内外侧流体；流动数值；模拟中图分类号：TK124文献标识码：A在火电站中，应用传统的淋水冷却塔其用水量较大，水资源浪费十分严重。我国属于缺水型国家，为节约用水，在火电站中推广应用空冷技术。环境中风

2、场对空冷器运行的稳定性及可靠性则会产生较大影响，尤其是当风速较大时，空冷系统其换热效率则会降低，引起汽轮机背压提高，进一步影响发电效率，严重则会引起停机事故。本文以某电厂中300MW电站机组为研究对象，其空气干球温度为14°C,空气气压为874.lKPa,其空冷系统应用翅片空冷器。应用FLUENT软件模拟研究，分析翅片空冷器单通道内外侧流体流动特性。、建立翅片空冷器内外侧流体流动数值模拟几何结构模型在本文中，所研究的空冷器设备应用的是单排大直径扁管钎焊铝蛇形翅片管，其翅片管分为外侧与内侧两个部分，其中空冷器翅片管内侧所应用的热介质为蒸汽。为确定用于电站空冷器基管尺寸，分

3、析SPX公司所产出的219mmX19mmX1.5mm基管尺寸扁管与LK公司计算应用的不同规格基管尺寸扁管在应用中其蒸气入口阻力降研究与分析。分别建立翅片管空冷器内侧分析模型与翅片管空冷器外侧分析模型。（一）翅片管空冷器内侧分析模型在该电站中，其空冷器翅片管蒸汽侧采取的是219mmX19mmXl.5mm基管尺寸扁管，钢制扁管长度为1000mmo通道宽度B值最大为16mm,最小为11mm,在通道宽度为16mm时，其基管及219mmX19mmX1.5mm基管尺寸扁管流通截面积相等。通过验证后发现，在扁管内部，其侧流体流动状态为湍急，进行翅片管内部分析，应用三维稳态连续方程、能

4、量方程、动量方程及标准k-e方程进行综合模拟分析与研究。（二）翅片管空冷器外侧分析模型翅片管空冷器外侧是以空气作为冷却介质，其空气侧所表现出的流动特性直接影响着整个空冷器运行质量及效率。二、翅片空冷器内外侧流体流动数值模拟几何结构模型计算结果与分析（一）翅片空冷器内侧压降模拟研究采取FLUENT软件进行翅片空冷器内侧压降模拟研究，获得不同型号翅片管内侧压降数据，通过研究发现，随着通道宽度逐渐降低，翅片管内侧压降呈现出快速增加趋势。在翅片扁管通道落宽度为13mm时，其管内压降出现了75.12%的增幅；当翅片扁管通道落宽度为12mm时，其管内压降出现了120.2%的增幅，是

5、SPX扁管压降两倍以上。综合考虑翅片管工作性能及压降状况，建议在空冷器中采取压降增幅为50%左右，尺寸为14mm规格的基管。（二）翅片空冷器扁管外侧速度对空气流经翅片空冷器通道侧速度分布状况进行研究，经过研究发现，在翅片扁管通道内，流速在管道内出现变化,其中在翅片中心位置流速较大，温度沿程表现为升高趋势。在翅片通道后部出口位置，其流速变化并不明显。出现这种现象的主要原因在于：在空冷器中设置翅片，增加了空冷器换热面积，降低了垂直于流动方向的截面积，提高了流动及换热效率。如应用LK公司生产扁管，其翅片通道内空气速度变化范围多为3.85—5.5m/s,应用SPX公司生产的扁管

6、，其翅片通道内所表现出的空气速度变化范围为3.21-4.59m/so从这点来看，应用LK扁管翅片较之SPX扁管翅片其通道空气速度较高。（三）空冷器翅片管间距选择翅片厚度为0.3mm,翅片间距设置为2.3mm,翅片管间距设计为0的SPX扁管翅片，并对其截面速度分布情况进行研究；选择翅片厚度为0.3mm,翅片间距设置为2.3mm,翅片管间距设计为1mm的LK扁管翅片，对其截面速度分布情况进行研究，研究发现，增加迎风面风速，翅片通道内流速则会出现明显增加，通过研究翅片截面所形成的流速场发现，当翅片管设置间距较大时，则会在间距部位出现空气旁路，且空气旁路流速较大。为此，在实际操

7、作中不宜设置翅片管间距。（四）翅片空冷器扁管外侧压降在空冷器中，空气通过翅片所表现出的压降值会对整体空冷器设备运行的质量产生直接影响，其压降值属于风机参考值。通过研究不同翅片压力分布情况，可以获得SPX扁管翅片其入口压力数值为37.IPa,出口压力数值为1Pa；LK扁管翅片管入口压力数值为37.8Pa,出口压力数值为0.2Pa。通过研究发现空气在通过翅片通道时，其压力值表现为线性变化，说明翅片管外侧压降数值与翅片长度存在着一定关系。结语在电站中推广应用翅片空冷器，在节约水资源，提高电站综合效益等方面发挥着重要现实意义。因空冷器中冷凝器设备