侧风对湿式冷却塔空气动力场影响的数值分析_赵元宾

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1、第29卷第6期核动力工程Vol.29.No.62008年12月NuclearPowerEngineeringDec.2008文章编号：0258-0926(2008)06-0035-06侧风对湿式冷却塔空气动力场影响的数值分析111123赵元宾，孙奉仲，王凯，高明，鄢圣平，高涛（1.山东大学能源与动力工程学院，山东济南，250061；2.大唐信阳华豫发电有限责任公司，河南信阳，464000；3.山东鲁能慧通科技有限责任公司，山东济南，250100）摘要：基于CFD软件Fluent，对侧风影响下的自然通风逆流湿式冷却塔进行了三维数值

2、模拟，对风速廓线指数和雨滴当量直径进行了敏感性分析，研究了侧风风速对冷却塔内外空气动力场和塔内传热传质区冷却性能的影响。结果表明，侧风造成进风口进风相对偏离度增大，并形成横向通风量；横向通风量虽强化了雨区冷却性能，但使塔纵向通风量降低；纵向通风量的降低对填料区传热传质强度形成不利影响，降低了填料区冷却水温降，使出塔水温升高。进风相对偏离度的分析表明，通过改善进风口空气动力场，可以降低环境侧风对进风口径向风速周向分布的影响，提高侧风影响下的冷却塔总体冷却性能。关键词：冷却塔；侧风；两相流；空气动力场；数值计算中图分类号：TK124

3、文献标识码：A1前言2计算模型自然通风逆流湿式冷却塔作为有效的冷却本文研究的自然通风逆流湿式冷却塔结构如设备，广泛用于火电站和核电站热力系统中。塔图1所示。塔高123.4m，进风口高8.33m，填2内气-水两相间复杂的传热传质过程极易受环境料面积5500m，填料层高1.0m。表1给出了不空气温度、湿度及侧风的影响。一定风速的环境同工况下冷却塔的试验数据。选用表1所给试验侧风会破坏无风工况下轴对称的空气动力场[1]，工况进行计算验证和参数敏感性分析，并就工况引起进风口风速分布不均，降低冷却塔纵向通风2，对侧风风速vc影响下的冷却塔

4、空气动力场和量，弱化塔内填料区的传热传质强度。所以研究冷却性能进行了数值研究。侧风影响下，由于冷却塔结构的对称性，认侧风对自然通风逆流湿式冷却塔空气动力场及冷为工况条件一定时，塔内外空气动力场沿环境侧却性能的影响具有重要的意义。Al-Waked就侧风[4]风风向所在纵剖面对称，所以可取原型塔的一对自然通风湿式冷却塔冷却性能的影响进行了数半建立半径为500m、高900m的计算域(图2)。值研究，但在填料区用液滴代替液膜模拟气-[2]水间的传热传质。文献[3]基于热态实验模型研究了侧风对湿式冷却塔冷却性能的影响。本文基于CFD软件F

5、luent，对侧风影响下的自然通风逆流湿式冷却塔空气动力场和冷却性能进行了数值模拟，分析了侧风廓线指数和雨滴当量直径对出塔水温、通风量等参数的影响，指出侧风影响下横向通风量的形成降低了冷却塔纵向通风量，弱化了填料区传热传质，并通过进风口空气动力场的分析，指出改善进风口空气动力场可提高侧风图1自然通风湿式冷却塔简图Fig.1SchematicofNaturalDraftWetCoolingTower影响下冷却塔的总体冷却性能。收稿日期：2007-12-10；修回日期：2008-05-11基金项目：山东省自然科学基金(Z2003F0

6、3)36核动力工程Vol.29.No.6.2008表1冷却塔试验数据x向速度，vc为10m高度处参考风速，α为风速Table1FieldTestDataofCoolingTower廓线指数，其他方向的分速vy=vz=0.0m/s，待求工况工况1工况2工况3工况4标量φ=φamb，下标amb表示环境参数。压力出口干球温度/℃28.128.428.628.6∂ϕ湿球温度/℃22.120.622.523.6边界定义为：p=pamb，=0。冷却水自配水面压强/kPa100.7399.7100.3100.4∂n自然风速/m·s-12.32

7、.63.52.9向下进入计算域，配水面冷却水体积流量为Vm，进塔水温/℃37.539.738.538.8进塔水温为twi。3-1水量/(m·h)22747.622747.638286.038286.0计算采用有限容积法离散控制方程，采用二出塔水温/℃26.126.829.530.1阶迎风格式离散控制方程对流项，采用体积力加权格式对压力进行插值，采用SIMPLE算法耦合-4压力和速度进行迭代。所有标量残差小于10，且出塔水温two在50次迭代计算过程中变化小于0.01℃时，认为计算收敛。4参数敏感性分析4.1风速廓线指数α的影响图

8、2计算域简图风速廓线指数α因地面条件不同而不同，且Fig.2NumericalDomainSketch.对计算结果影响较大，文献[5]指出在城郊或森林冷却塔传热传质区主要由配水区、填料区和地区，α可取0.28；在平地、草原α=0.12。文献雨区组成。计算时，根据