电厂直接空冷系统风效应风洞模拟实验研究

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1、第18卷(总第104期)热能动力工程2003年3月文章编号:1001-2060(2003)02-0159-04电厂直接空冷系统风效应风洞模拟实验研究1112顾志福,张文宏,李辉,彭继业(11北京大学力学与工程科学系,北京100871;21山西省电力勘测设计院,山西太原030001)摘要:探讨了利用风洞模拟实验研究电厂直接空冷系统风的不利影响降到最低限度。效应应满足的相似准则和实验方法,提出了刻画风对空冷凝直接空冷系统技术本身完善的时间较晚,目前器效率影响程度的回流率概念;最后,通过一个风洞模拟实国外在大

2、型电厂能被采用的经验也不多(也可能由验结果的实例说明了外界风速和风向对该具体布置的电厂于商业机密的原因),很难找到公开发表的有关学术空冷系统效率的影响规律及在对采用直接空冷系统的电厂[1]资料和文献。进行初步设计前期,结合当地风气象资料,进行适当的风洞本文首先探讨了对电厂直接空冷系统进行风洞模拟的重要意义。模拟实验应满足的相似准则,提出了用回流率的概关键词:发电厂;空冷系统;冷凝器效率;风洞模拟念来刻画风对冷凝器效率的影响程度,给出了相应中图分类号:TM62文献标识码:A的实验和测量方法。最后通过一个实

3、例的风洞模拟实验结果,说明风速和风向对该例电厂直接空冷系1引言统效率的影响规律。由于直接空冷凝器装置是利用周围的空气作为2相似准则,回流率的概念和实验、测量介质来进行冷却的,所以,空冷凝器周围的风环境状况必然会对空冷凝器效率和正常运行有很大影响。方法空冷凝器周围的风环境除了取决于当地的风气象条2.1相似准则件外,还与邻近的建筑物或构筑物形状和大小密切为了使风洞模型模拟实验结果能应用到实际的相关。另一方面,空冷凝器的效率也与其本身支撑工程中去,在理论上必须满足必要的相似条件或相结构,即支撑空冷凝器平台的柱

4、子高度和平台四周挡风墙的高度等的技术参数有关。通常的直接空冷似准则。相似准则包括必要的几何相似和动力相系统都由几十个相同的冷凝器单元组成,每个空冷似,其中动力相似由一系列无量纲参数表示。然而,凝器单元下部都安装有大型风机,对空气进行强迫由于空冷凝器结构和运行过程两方面的复杂性以及对流。因此,影响空冷凝器效率的因素很多,且这些相似参数之间的相互制约(例如雷诺数和弗罗德因素是相互关联的。整个问题可以说是相当复杂数),要在风洞实验中完全模拟几乎是不可能的。所的,它涉及到空气动力学、气象学和热力学中的传热以,本

5、项研究必须选择几个关键的相似参数进行模传质等多学科的工程项目,在国内还是第一次提出拟,而忽略一些相对次要的参数。这样的研究课题。风工程问题的风洞模拟实验可以分为建筑物和[2][3]由于空冷系统附近的厂房存在,风的影响常常结构物风荷载风洞模拟和大气污染扩散模拟两使冷凝器的效率大幅度下降。据国外报告,严重时个主要方面。本课题研究可以认为是上述两方面问特别在夏季会迫使汽轮机停止运行。而我国西北地题的结合。参照有关经典文献,结合本课题研究要区又是多风区域,因此,在采用直接空冷系统的电厂解决的关键问题,在风洞实验

6、中应满足以下相似条进行初步设计时,就十分必要进行风洞模拟实验,结件:合当地的风气象资料,确定风对空冷系统效率的影(1)模型的几何相似;响程度,调整工艺布局或采取其它有效措施,以使风(2)来流条件(Jensen’s相似准则);收稿日期:2002-04-04;修订日期:2002-06-25基金项目:国家自然科学基金资助项目(10172008)作者简介:顾志福(1946-),男,江苏苏州人,北京大学教授,博士生导师.·160·热能动力工程2003年(3)冷凝器风机排风量的动量相似;(4)冷凝器进出口空气温度差

7、产生的热力效应3实例相似;(5)风速与冷凝器热空气排出速度比相似;3.1实验设备、模型(6)风洞实验来流风速大小的确定。实验是在北京大学环境中心32m(长)×3m可以采用与周围空气密度不同的气体来模拟冷(宽)×2m(高)的直流式大气边界层风洞中进行的。凝器排出空气的温度差别。这样,在实验中模拟了模型主要由锅炉房、汽机房(两者连接在一起)等主经冷凝器排出的具有浮力效应的热空气与周围空气厂房和空冷凝器两部分组成。空冷系统位于汽机房对流的热交换过程,然而其热辐射过程没有得到模一侧,其平台高度基本与汽机房屋顶相

8、当。空冷凝拟。分析比较可知,在本课题中由于对流引起的热器平台四周除了汽机房一侧外,都有与“A”字型散交换要比辐射产生的热交换大许多,辐射热的影响热器高度相当的挡风墙。模型与实物的几何缩尺比可以忽略。为1∶120,在模型的制作过程中同时还考虑到满足上述相似准则的要求。模型在实验段安装及流动显2.2回流率的概念和实验、测量方法示情况如图1所示。上述提到的两类风洞实验的测量手段完全不同,如何选择一个可测量的特征量是本课题研究的关键。从空气动力学的