空冷凝汽器翅片扁平管结构优化的可行性分析

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1、内蒙古电力技术24INNERMONGOLIAELECTRICPOWER!()16巷5期空冷凝汽器翅片扁平管结构优化的可行性分析FeasibilityAnalysistoOptimizeStructureofFlatFinTubewithAir-coolingCondenser赵兴楼．张树国(华北电力大学，河北保定071003)f摘要]蛇形翅片扁平管换热器在空冷电站的应用上取得了很好的效果。为进一步提高凝汽器的冷凝效率，优化扁平管翅片的物理结构，建立了蛇形翅片扁平管换热器及直翅片扁平管换热器通道的三维物理数学模型，利用FLUEN

2、T软件进行数值计算，对对流换热系数、流动损失、散热量、换热面表面平均温度进行对比分析，结果表明蛇形翅片扁平管的物理结构存在进一步的优化空间，直翅片扁平管具有更优越的冷凝效率。模拟结果为直接空冷凝汽器的设计和优化改造提供了科学依据『关键词]空冷凝汽器；翅片扁平管换热器；蛇形翅片；直翅片；数值模拟；结构优化『中图分类号1TK264．11『文献标识码1Bf文章编号11008—6218(2008)05—0024—031．2数学模型1．2．1假设直接空冷凝汽器是直接空冷电站的主要换热元对翅片扁平管几何模型的数学模型作如下简化件，多采用蛇

3、形翅片扁平管换热器，在冷却、防冻方假设：面均取得了较好的效果ll_t。(1)计算区域的流动与换热是稳态的；本文针对目前直接空冷机组中实际采用的蛇形(2)不考虑扁平管外管面与翅片的辐射换热；翅片扁平管换热器，应用数值模拟的方法进行流场、(3)翅片的导热系数为常数，翅片与基管间没温度场、换热系数的研究，并在此基础上，对扁平管有接触热阻，空气的物理性质在流动过程中没有变换热器的翅片结构进行改进，通过结果分析与对比．化。为单排扁平管换热器的进一步优化设计提供科学依1．2．2方程据连续性方程：(pM)=0，i=1，2，3；1理论分析动量

4、方程：J．1物理模型=一d+)，Ox；xdX(jIIi模型1为蛇形翅片扁平管，其基管长轴长为i√：1，2，3，且i≠；220mn1、短轴长20nlnl，翅片长200IBm、宽19mill能量方程：(单侧宽度)、厚0．35Illm，翅片间距为2．8illm；模型‘lu(pE+p)_=·[(+(丁·)]；2为直翅片扁平管，翅片长244Inm、宽58nlm、厚湍流动能方程：0．35mm，翅片间距2．8lllnl：为消除入口效应和出口边界的回流现象对模拟结果产生的影响，对入口边鲁(去)；界和出口边界进行适当延长。【收稿日期]2008—

5、03-31[作者简介】赵兴楼(1981一)，男，河北省人，华北电力大学在读硕士，主要从事高效清洁燃烧及环境污染控制研究。(】f)8第6卷第5内蒙古电力技术25扩散方程：2计‘算结果与分析鲁(p跚)=去+址O"e)]+clGk-Cz,p}。在迎面风速分别为1．5m／s、2．14m／s、2．5m／s、3式中ui一流体在方向上的速度，l，2，3；m／s、3．5m／s、4m／s6种工况下对物理模型进行变工一流体在方向上的速度，j：l，2，3；况计算。p一流体的密度；2．1表面换热特性△卜流体温差：2种翅片扁平管空气侧表面对流换热系数随

6、着一流体平均速度：迎面风速的提高而逐渐增大，直翅片的增幅较大；迎一流体动力粘度；面风速小于2．7m／s时，蛇形翅片的空气侧表面对H一流体比焓：流换热系数比直翅片大9％左右：迎面风速大于2．7p一流体的静压力；m／s时，直翅片空气侧表面对流换热系数超过蛇形q一流体单位质量传热量；翅片。如图1所示。E一流体的比内能，E=H一+—l-；q●一扩散流量；量丁『-应力张量；K『n有效导热系数，=，为层流传热系e数，为湍流传热系数；毫一耗散率：●G一由于平均速度梯度而产生的湍动能，G-puiuj；迎面风速V／(IT1·S)图l不同迎面风速

7、下2种翅片扁平管的对流换热系数一湍流(动力)粘性系数，；，C。，C，，，一湍流常数，其值为：2．2流动损失=0．09，C1=1-44，C=1．92，从空气侧流动阻力方面的分析可知，随着迎面=1．0，r，=1．3，r厂F1．0。风速的提高，空气流动阻力将增加。在同一风速下，1．3边界条件空气流经直翅片扁平管的阻力低于蛇形翅片扁平设定人VI为速度边界条件，出口设为自由流出管，直翅片扁平管的流动损失比蛇形翅片扁平管低口边界条件：基管与翅片采用自身导热和表面对流28-3％左右。不同迎面风速下2种翅片扁平管的流换热的耦合换热方式：基管内

8、壁采用恒壁温条件，动损失如图2所示。T=336K：其余的几何表面设为对称性边界条件和周期性边界条件；翅片及基管采用不锈钢材料。001．4网格划分及计算方法。用GAMBIT软件生成研究对象，并划分网格。网格采用六面体结构，并根据不同精度要求，采用分块划分技术。一0利用FLUEN