冬季低风速下空冷机组蛇形翅片管的换热和阻力特性

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1、第38卷第1期华电技术V01．38No．12016年1月HuadianTechnologyJan．2O16冬季低风速下空冷机组蛇形翅片管的换热和阻力特性邹庆江，李鹏，郭民臣，李安生(1．神华国能蒙东能源有限公司，内蒙古呼伦贝尔021000；2．华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206)摘要：在环境温度较低的冬季，为了防止空冷凝汽器翅片管束低负荷工况下发生冻结，风机被迫低速运行或停运，因此有必要分析和研究低风速下翅片管的传热特性和阻力特性及自然通风时空冷系统的状态。利用流体计算软件模拟了环境温度、翅片管柬壁面温度和空气人口速度对翅片管温度场

2、和速度场的影响规律。建立了直接空冷系统自然通风的空气流动推动力生成模型，在数值模拟的基础上分析了单排翅片管束的阻力特性和传热特性，通过升力与阻力的平衡得出某工况下自然通风空气的流速，并计算了对应的传热系数，为直接空冷凝汽器在低风速下的运行和优化设计提供依据。关键词：空冷机组；数值模拟；蛇形翅片管；传热特性；阻力特性中图分类号：TK223．26文献标志码：A文章编号：1674—1951(2016)01—0013—05统的影响暂不予考虑，而这种横向自然风的影响将0引言来可以与散热器自身温度场作用形成流场叠加，主近十几年来，空冷机组在我国北方地区得到了要是

3、造成空气流动场的不均。因此，这里仅涉及室广泛应用，其中以直接空冷机组为主。空冷机组运外静风状态下空冷岛自身流动状态的建模。行中存在的一个重要问题是冬季防冻，要使空冷机空冷系统自然通风状态如图1所示，图中示意组达到冷却要求，空冷凝汽器多采取翅片结构，较大了左右2个A型散热装置翅片管束围成的区域，该的换热面积有效增强了换热，充分保证了夏季满发，区域与两端的挡风墙构成了一个相对封闭的空间，但在寒冷的冬季，当机组负荷比较低时，空冷凝汽器该空间是空气经过散热器加热之后形成的一个热流很容易冻结，严重影响机组运行的安全性。体空间。因此，该立体空间内会形成类似双曲线

4、冷在冬季环境温度和机组负荷都比较低时，直接却塔内的对流流动现象，只不过受空间高度的限制空冷凝汽单元下部的风机被迫在低速下运行¨J，有这里的流动不像双曲线塔内部那样剧烈，流动速度的风机转速甚至在额定工况的20％左右。这种运较低，所以就形成了小风速情景。行方式虽然有效降低了翅片管冻结的可能性，但不能完全避免冻结，在恶劣的条件下即使关闭所有风机运行，仅靠自然通风也能使管束发生冻结J。因此，研究冬季低风速下空冷凝汽器的换热特性，掌握风机在低速运行，甚至停运状态时空冷翅片管的换热情况，有助于进一步分析翅片管的防冻性能，对空冷机组冬季工况的运行和优化具有重要意义

5、。1直接空冷散热单元自然通风的流动分析即使关闭所有空冷单元的风机，空冷翅片散热图1空冷系统自然通风状态器中仍然有空气通过，使翅片管得到冷却，这就是自空气流动的动力来自热空气与冷空气的密度然通风。为简化分析，这里所说的自然通风仅指由差，由于空冷A型散热装置呈三角形，2个A形散热于散热器在自身温度场的分布作用下，空气对流形翅片之间形成的空问是形的，因此，推动空气流动成的风量。对于大气环境作用下的自然风对空冷系的动力沿翅片管的分布是不一样的，这里按一个平均高度进行计算，故Ap=(P一P”)gh／2，(1)收稿日期：2015—07—23；修回日期：2015—

6、10—31·16·华电擞苯第38卷平均压力，Pa。当风机全停时该压力降应由空气产生的热压差克服，即式(1)所表示的动力与式(5)所表示的阻力要达到平衡。针对环境温度为一10℃时所计算的出口空气温度，设大气压力为100kPa，所计算的空气上升的热压及阻力见表3。表3环境温度一lO℃时不同风速下的阻力和热压▲——’图l1翅片管基管温度为5O℃的速度场在，风速越大，空气离开翅片管束的扰动越强；当保持迎面风速和翅片管基管温度不变，仅改变环境温度，不同的环境温度下翅片管束的换热程度相似，高温区区域范围变化不大，速度场的差别不明显。如注：tl=～1O℃，P1．3

7、2kg／m。保持迎面风速和环境温度不变，仅改变翅片管基管温度，不同的壁面温度下，翅片管束的换热程度相根据表3可近似得到空气人口风速与流动热阻似，高温区区域范围变化不大，速度场的差别不的关系如图l2所示，由图l2可知：在风速约为明显。0．73m／s时，翅片的阻力与热压近似相等，即风机3．2单排管的阻力特性全停时自然通风的风速约为0．73m／s。那么，如果通过对翅片管柬的数值模拟，得到了不同翅片此时机组负荷比较大，防冻压力较小，可启动风机获管基管温度和环境温度下，空气流经空冷凝汽器的得比较大的风速，提高冷却能力。进出口压力、空气离开翅片管束的温度，热流量

8、等重要参数，具体数据见表2。表2中：t。，t，t分别为环境温度、翅片管束基管面温度、空气出口温度；为空气入口