具有導(dǎo)風(fēng)板的自然通風(fēng)逆流濕式冷卻塔進(jìn)風(fēng)阻力研究及性能優(yōu)化.pdf

1、冷卻塔是大型發(fā)電廠中重要的熱力設(shè)備之一，其運(yùn)行性能對(duì)電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性都有很大影響。自然通風(fēng)濕式逆流冷卻塔是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的一種冷卻塔形式，其熱力性能受環(huán)境因素影響較大，尤其是環(huán)境側(cè)風(fēng)的作用使塔周向進(jìn)風(fēng)極不均勻，減小了塔內(nèi)通風(fēng)量，嚴(yán)重降低了其冷卻效率。然而在冷卻塔的設(shè)計(jì)和計(jì)算中沒(méi)有充分重視側(cè)風(fēng)的影響。目前關(guān)于冷卻塔的研究多集中于塔內(nèi)傳熱傳質(zhì)，較少涉及冷卻塔的通風(fēng)阻力，但通風(fēng)量和進(jìn)風(fēng)阻力是濕式冷卻塔的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)過(guò)程中極為重要的熱力

2、參數(shù)。在冷卻塔進(jìn)風(fēng)口周圍安裝導(dǎo)風(fēng)板可減小側(cè)風(fēng)帶來(lái)的不利影響，但尚未有關(guān)于側(cè)風(fēng)下導(dǎo)風(fēng)板對(duì)冷卻塔熱力性能影響規(guī)律的系統(tǒng)理論研究和報(bào)道。
　　 因此，本文從模型試驗(yàn)、正交理論分析、阻力模型推導(dǎo)、數(shù)值計(jì)算及塔內(nèi)傳熱傳質(zhì)機(jī)理分析等幾個(gè)方面入手，研究了側(cè)風(fēng)下帶有導(dǎo)風(fēng)板的自然通風(fēng)濕式逆流冷卻塔的進(jìn)風(fēng)阻力計(jì)算及其性能優(yōu)化問(wèn)題，進(jìn)行的主要工作如下：
　　 1.基于運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似準(zhǔn)則理論，建立了冷卻塔冷態(tài)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。利用山東大學(xué)的風(fēng)洞試驗(yàn)

3、平臺(tái)對(duì)該模型進(jìn)行了冷態(tài)吹風(fēng)試驗(yàn)，試驗(yàn)工況共計(jì)約370個(gè)，試驗(yàn)過(guò)程以及實(shí)驗(yàn)階段的設(shè)計(jì)均遵循正交理論。研究了導(dǎo)風(fēng)板對(duì)塔進(jìn)風(fēng)均勻性及通風(fēng)量的影響規(guī)律，并提出了進(jìn)風(fēng)均勻系數(shù)Cu的概念用于量化冷卻塔周向進(jìn)風(fēng)的均勻程度，得到了各導(dǎo)風(fēng)板布置參數(shù)(包括板的安裝角度、安裝數(shù)量、板的形狀及尺寸)對(duì)Cu和通風(fēng)量G的影響規(guī)律。
　　 2.在現(xiàn)有的熱態(tài)模型試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善，增設(shè)了進(jìn)風(fēng)口的幾個(gè)不同防風(fēng)方案模型，研究了側(cè)風(fēng)下冷卻塔熱力性能優(yōu)化的措施，

4、通過(guò)300多個(gè)熱態(tài)試驗(yàn)工況，找到了冷卻塔各熱力性能參數(shù)隨導(dǎo)風(fēng)板各布置參數(shù)的變化規(guī)律。提出了當(dāng)量通風(fēng)量、當(dāng)量傳熱系數(shù)與當(dāng)量傳質(zhì)系數(shù)的概念，減小了傳統(tǒng)熱力參數(shù)中因環(huán)境溫度變化而導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果不準(zhǔn)確的影響。采用擬水平法對(duì)各個(gè)熱力參數(shù)進(jìn)行了極差分析和方差分析，得到了各導(dǎo)風(fēng)板布置參數(shù)對(duì)冷卻塔熱力性能影響的主次程度。
　　 3.建立了側(cè)風(fēng)下、安裝有導(dǎo)風(fēng)板的濕式冷卻塔進(jìn)風(fēng)口區(qū)域的阻力源三維計(jì)算模型，并結(jié)合冷卻塔內(nèi)氣水兩相間傳熱傳質(zhì)的三維數(shù)學(xué)模型

5、和氣水接觸阻力的計(jì)算公式，給出了側(cè)風(fēng)下、具有防風(fēng)措施的濕式冷卻塔內(nèi)外空氣動(dòng)力場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法。對(duì)某工程實(shí)例冷卻塔進(jìn)行了數(shù)值模擬和相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
　　 4.數(shù)值計(jì)算研究了工程實(shí)型冷卻塔導(dǎo)風(fēng)板布置的最優(yōu)化方案。以工程實(shí)型冷卻塔為研究對(duì)象討論了導(dǎo)風(fēng)板安裝數(shù)量Ⅳ和安裝角α對(duì)塔實(shí)際通風(fēng)量G和出塔水溫two的影響，得到了不同工況下塔內(nèi)的氣流速度場(chǎng)分布和集水池表面溫度場(chǎng)分布。
　　 5.分析了關(guān)鍵因素對(duì)冷卻塔傳熱傳質(zhì)性能的影響機(jī)理。

6、通過(guò)對(duì)冷卻塔內(nèi)氣水換熱過(guò)程的研究，提出了無(wú)量綱氣水接觸時(shí)間Tl的概念，量化了空氣流在塔內(nèi)的有效停留時(shí)間。討論了Tl與板安裝角α的關(guān)系。
　　 6.研究了最佳導(dǎo)風(fēng)板安裝數(shù)量Nopt隨冷卻塔體尺寸變化的規(guī)律。利用Levenberg-Marquardt算法對(duì)Nopt進(jìn)行了回歸分析，得到了最佳導(dǎo)風(fēng)板周向間距的計(jì)算公式。
　　 7.利用LCS-DTL型充氣二極管式固體激光器所產(chǎn)生的片光對(duì)冷卻塔背風(fēng)側(cè)導(dǎo)風(fēng)板間的空氣流動(dòng)情況進(jìn)行了示蹤

7、試驗(yàn)，得到了側(cè)風(fēng)下具有導(dǎo)風(fēng)板的冷卻塔風(fēng)口空氣流態(tài)的變化規(guī)律。
　　 通過(guò)以上研究，本文得出了以下主要結(jié)論：
　　 (1)存在一個(gè)最佳的導(dǎo)風(fēng)板安裝數(shù)量Nopt使通風(fēng)量G最大、并保證塔周向進(jìn)風(fēng)最為均勻，可視化試驗(yàn)表明此時(shí)環(huán)境空氣平穩(wěn)的流入塔內(nèi)，而且在相鄰導(dǎo)風(fēng)板之間所形成流道的充滿度較高。若板安裝數(shù)量N偏離Nopt則會(huì)增大塔進(jìn)風(fēng)阻力并使G減小，進(jìn)風(fēng)均勻系數(shù)Cu減小。當(dāng)板安裝數(shù)量N＜Nopt時(shí)，相鄰板間形成的進(jìn)氣流道數(shù)較少，Cu

8、和G都隨N的增加而增大。當(dāng)N＞Nopt時(shí)，由于相鄰板間的間隙太小導(dǎo)致空氣流開(kāi)始形成小的漩渦，其擾動(dòng)程度隨N的增加而不斷增大，流道中空氣的充滿度逐漸變差，進(jìn)塔阻力逐漸增加。
　　 (2)板安裝角α越小則環(huán)境氣流在塔周切向的速度分量越大，軸向速度分量所占比例相應(yīng)減小，使得塔內(nèi)空氣流在橫向截面上形成強(qiáng)度更大的漩渦，增大了氣水的有效接觸時(shí)間，但此時(shí)的進(jìn)風(fēng)阻力也隨之增大。采用α=70°的導(dǎo)風(fēng)板安裝角可以使塔的實(shí)際通風(fēng)量G與氣水接觸時(shí)間的配

9、合效果最好，使冷卻效率η當(dāng)量傳熱系數(shù)Kh’等參數(shù)達(dá)最大值。采用翼型板不僅大幅提高了塔的冷卻效率，還使得塔內(nèi)接觸散熱占總散熱量的比例△Qc/△Q較高，充分強(qiáng)化了塔內(nèi)的傳熱過(guò)程。
　　 (3)雙參數(shù)的F檢驗(yàn)表明冷態(tài)試驗(yàn)和熱態(tài)試驗(yàn)的誤差影響較小，試驗(yàn)結(jié)果比較可靠，為進(jìn)一步理論研究導(dǎo)風(fēng)板各因素對(duì)塔熱力性能的影響機(jī)制、側(cè)風(fēng)下塔的通風(fēng)量和阻力計(jì)算等問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。
　　 (4)試驗(yàn)結(jié)果和理論分析都表明板安裝數(shù)量N對(duì)通風(fēng)量G、出塔水溫

10、two的影響要比板安裝角α的影響大。
　　 (5)模擬的出塔水溫計(jì)算誤差不超過(guò)0.3℃，出塔氣溫誤差不超過(guò)0.5℃，環(huán)境氣流的徑向進(jìn)風(fēng)速度平均誤差小于0.3m/s，因此所建立的數(shù)學(xué)模型反映出了冷卻塔進(jìn)風(fēng)流場(chǎng)的分布規(guī)律，可用于工程實(shí)例的計(jì)算。
　　 (6)若導(dǎo)風(fēng)板高度明顯低于塔進(jìn)風(fēng)口高度，會(huì)在塔背風(fēng)側(cè)導(dǎo)風(fēng)板之上的區(qū)域產(chǎn)生空氣漩渦回流，使該處的進(jìn)風(fēng)速度明顯偏低，導(dǎo)致背風(fēng)側(cè)two偏高，因此導(dǎo)風(fēng)板越高越長(zhǎng)，會(huì)使塔冷卻效率越高。<