自然通风湿式冷却塔进风口空气动力场的数值模拟与阻力研究
冷却水的冷却过程是电力生产中一个十分重要的过程。冷却塔的冷却性能，关系到电站运行的经济性、稳定性和安全性，所以研究冷却水的温降措施具有很重要的工程意义与理论意义。目前国内外对无风时冷却塔内的传热传质有较为深入的研究，但是冷却塔的冷却能力受侧风影响很大，而对于此方面的研究却非常少。
在目前冷却塔数值研究的基础上，本文以逆流湿式自然通风冷却塔为研究对象，建立冷却塔内外空气流动和传热传质的数学和物理模型，并运用数值计算方法对冷却塔进风口附近的流场进行了数值模拟。
本文以某300MW火电机组的冷却塔为例，分别对无风和各种不同的侧风速度下冷却塔进风口附近的流场进行了数值计算，得到了不同工况下进风口各点的风速值，并在此基础上研究了进风速度与相关参数(侧风速度、离地高度、沿塔的周向角度和距离塔轴心的径向角度)的关联研究，提出了特征风速的概念。此外，作者还对无风时进风口流场与气象参数的关系进行了讨论。
计算发现，侧风的存在会破坏冷却塔周围流场的轴对称性，迎风面的速度要高于背风面。在高风速下，塔底部存在穿膛风，使得塔的背风面甚至出现气体流出现象。沿进风口高度方向各点风速相差不多；在距离进风口上沿外壁4m范围内，远离塔时各点进风速度呈现降低趋势，在2m范围内降低的速度平缓：沿周向角度，各点速度呈洛伦兹(Lorentz)分布。除了在180°的背风面区域附近，进风口各点的进风速度与侧风速度为二次多项式关系；而在180°的背风面区域附近，进风速度与侧风速度为Gauss分布关系。
作者还对该冷却塔在四种不同侧风工况进行了现场实验，证明计算结果与实测数据之间的误差在工程计算允许的误差范围内。
最后，本文还对冷却塔的通风量进行了数值计算，并与无风时的理论计算值进行了比较，误差在5％以内。在此基础上采用分部计算法得出了各种侧风工况下冷却塔进风口的阻力系数。结果显示，冷却塔的通风量随侧风速度呈抛物线关系变化，进风口阻力系数与侧风速度服从玻尔兹曼(Boltzmann)分布。当侧风速度比较小(在1.5～2m/s以内)时，它对冷却塔进风口周围的流场以及总进风量的影响较小，进风口阻力系数也基本不受影响；随着侧风速度不断增加(在2～7m/s)，它对冷却塔的不利影响也越来越大，造成塔总体通风量的迅速降低，进风口阻力系数迅速增大：当侧风速度在7m/s(此时塔顶风速已达11m/s)左右时，侧风对塔造成的影响最为不利，塔的通风量达到最小。风速继续增加时，进风口阻力系数基本不会随侧风速度的增加而有太大波动，而由于迎风面进风速度的大幅提高，塔通风量又会有所增加。针对以上分析，本文初步提出了一些改进措施。本课题的研究成果对冷却塔的全面优化设计和改善冷却塔的冷却性能提供了理论依据。
冷却塔;数值计算;空气动力场;通风量;进口阻力
山东大学
硕士
热能工程
孙奉仲
2006
中文
TK124
83
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）