风环境对直接空冷凝汽器运行不良影响的数值模拟分析

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1、风环境对直接空冷凝汽器运行不良影响的数值模拟分析赵永辉1周北文1杜景灿1王岩2（1中国国际工程咨询公司北京1000482合肥工业大学合肥230009）摘要本文用数值模拟的方法对直接空冷凝汽器空气侧换热性能进行分析，模拟了不同风速、风向下的空冷凝汽器运行状况，分析了空冷凝汽器各个单元冷却风流量受风速、风向影响的主要机制，提出了改善环境风的措施，数值模拟的结果验证了措施的有效性。关键字：空冷凝汽器数值模拟AbstractThispaperanalyzestheheat-exchangeperformanceof

2、aircoolingcondenserbynumericalsimulation.Alsooperationofaircoolingcondenserissimulatedindifferentwindvelocityanddirection.Airvolumeineachunitofaircoolingcondenserisalsoanalyzedinmainmechanismwithvariedwindvelocityanddirection.Thenprovidethesolutionstoimpro

3、vetheenvironment.ThesolutionisprovedtobeeffectivethroughnumericalsimulationKeywords:Aircoolingcondenser；Numericalsimulation1、引言随着现代工业对节能、节水、环保要求的提高，出现了很多先进的技术和工艺，电力行业内的空冷凝汽器就是典型的节约水资源的产品，如今，它广泛应用于富煤缺水的地区。空冷凝汽器的设计是一项包括材料、换热、保温、优化控制、结构、容量、噪声、投资等在内的很复杂的系统工程，其

4、中，优化控制是空冷凝汽器设计的重中之重，对于优化控制的设计，电厂所在地的多年气象资料和空冷凝汽器在不同气象条件下的工作性能是必不可少的。各地气象条件的差异和空冷凝汽器对天气条件的敏感性，使得对于不同的空冷电厂，空冷凝器对环境的依赖关系有不同的特点。原始尺寸风洞试验的方法获得空冷凝汽器和大气环境的关系对于如此庞大的空冷岛是绝不可能实现的。计算机技术的进步和数值模拟方法在航空航天等工业领域的广泛应用给人们提供了借鉴，如今，数值模拟已经成为现代空冷凝汽器设计中不可或缺的重要步骤[1、2、3]。2、数值方法采用FL

5、UENT自带的前处理软件GAMBIT生成网格。计算区域为600m×300m×500m（长×宽×高）,如图1所示，模拟对象为一2×60W千瓦空冷机组，原始模型包含了空冷岛、汽机房、除氧煤仓间、锅炉房和排烟及其净化装置等在内的电站绝大多数建筑物，改善后的计算模型在原始模型的基础上，增加改善环境风的装置。空冷岛区域包括7×16个空冷单元和相应的风墙、风筒、风扇、平台，气流变化复杂，是模拟的重点，因此网格较密，使用四面体网格。为力求模拟结果接近真实，空冷岛换热单元、风墙、风筒等都严格按照实际尺寸建立计算网格。空冷岛

6、平台支柱区域结构不易生成结构化网格，故使用四面体网格。其他区域生成分块结构化网格。图1直接空冷凝汽器数值模拟网格区域使用软件Fluent进行计算，选用非耦合隐式算法求解三维雷诺平均N-S方程，湍流模型选择标准模型，空冷岛单元内翅片管束的换热在本文的计算中没予考虑，虽然它对计算结果有一定的影响，但本文的计算结果对于反映环境风速、风向对空冷岛风机吸入冷却风量的影响这一目的是有一定的说服力的。整个计算区域的边界采用速度进口边界条件，地面采用固壁边界条件。换热单元的风扇在模型中处理为无限薄的面，采用集总参数的思想。

7、风扇模型取恒定的压力升。翅片管散热器简化成多孔跳跃边界条件。关于翅片管散热器的模拟，如果对通过每个翅片空间的流场进行计算，网格单元数量是非常惊人的，至少目前的计算机还无法承受，所以工程上通常采用由Patankar和Spal.ing提出的多孔介质模型，即把翅片扁管换热器当作多孔介质处理，分析对流体流过时所产生的阻力。多孔跳跃条件用于模拟已知速度/压降特征的薄膜。它本质上是单元区域的多孔介质模型的一维简化。对于不考虑热传导影响的散热器模拟，它具有很好的鲁棒性（robust）和收敛性。3、环境风对空冷凝汽器运行性

8、能影响分析本文模拟了三个风向（迎厂房来风、侧面来风、炉后来风）、三个风速（3m/s、6m/s、9m/s）下空冷凝汽器的运行情况，主要考核空冷单元的风机进风量和不同工况下流场的分布情况，依据流场分布设计改进环境风的措施。从整个空冷岛所有风机的总进风量来看，对于不同的风向、风速，空冷岛总进风量有较大不同，如图3所示（数据经过处理成无量纲化），从风向来看，炉后来风时总进风量相对侧面风和迎厂房方向风较低，这是因为炉后来风