具有導風板的自然通風逆流濕式冷卻塔進風阻力研究及性能優(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，其運行性能對電廠的安全性和經(jīng)濟性都有很大影響。自然通風濕式逆流冷卻塔是目前國內(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)風的作用使塔周向進風極不均勻，減小了塔內(nèi)通風量，嚴重降低了其冷卻效率。然而在冷卻塔的設(shè)計和計算中沒有充分重視側(cè)風的影響。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阻力，但通風量和進風阻力是濕式冷卻塔的設(shè)計、評價過程中極為重要的熱力

2、參數(shù)。在冷卻塔進風口周圍安裝導風板可減小側(cè)風帶來的不利影響，但尚未有關(guān)于側(cè)風下導風板對冷卻塔熱力性能影響規(guī)律的系統(tǒng)理論研究和報道。
　　 因此，本文從模型試驗、正交理論分析、阻力模型推導、數(shù)值計算及塔內(nèi)傳熱傳質(zhì)機理分析等幾個方面入手，研究了側(cè)風下帶有導風板的自然通風濕式逆流冷卻塔的進風阻力計算及其性能優(yōu)化問題，進行的主要工作如下：
　　 1.基于運動相似和動力相似準則理論，建立了冷卻塔冷態(tài)試驗?zāi)Ｐ?。利用山東大學的風洞試驗

3、平臺對該模型進行了冷態(tài)吹風試驗，試驗工況共計約370個，試驗過程以及實驗階段的設(shè)計均遵循正交理論。研究了導風板對塔進風均勻性及通風量的影響規(guī)律，并提出了進風均勻系數(shù)Cu的概念用于量化冷卻塔周向進風的均勻程度，得到了各導風板布置參數(shù)(包括板的安裝角度、安裝數(shù)量、板的形狀及尺寸)對Cu和通風量G的影響規(guī)律。
　　 2.在現(xiàn)有的熱態(tài)模型試驗臺的基礎(chǔ)上進行了完善，增設(shè)了進風口的幾個不同防風方案模型，研究了側(cè)風下冷卻塔熱力性能優(yōu)化的措施，

4、通過300多個熱態(tài)試驗工況，找到了冷卻塔各熱力性能參數(shù)隨導風板各布置參數(shù)的變化規(guī)律。提出了當量通風量、當量傳熱系數(shù)與當量傳質(zhì)系數(shù)的概念，減小了傳統(tǒng)熱力參數(shù)中因環(huán)境溫度變化而導致評價結(jié)果不準確的影響。采用擬水平法對各個熱力參數(shù)進行了極差分析和方差分析，得到了各導風板布置參數(shù)對冷卻塔熱力性能影響的主次程度。
　　 3.建立了側(cè)風下、安裝有導風板的濕式冷卻塔進風口區(qū)域的阻力源三維計算模型，并結(jié)合冷卻塔內(nèi)氣水兩相間傳熱傳質(zhì)的三維數(shù)學模型

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

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

7、試驗，得到了側(cè)風下具有導風板的冷卻塔風口空氣流態(tài)的變化規(guī)律。
　　 通過以上研究，本文得出了以下主要結(jié)論：
　　 (1)存在一個最佳的導風板安裝數(shù)量Nopt使通風量G最大、并保證塔周向進風最為均勻，可視化試驗表明此時環(huán)境空氣平穩(wěn)的流入塔內(nèi)，而且在相鄰導風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則會增大塔進風阻力并使G減小，進風均勻系數(shù)Cu減小。當板安裝數(shù)量N＜Nopt時，相鄰板間形成的進氣流道數(shù)較少，Cu

8、和G都隨N的增加而增大。當N＞Nopt時，由于相鄰板間的間隙太小導致空氣流開始形成小的漩渦，其擾動程度隨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度更大的漩渦，增大了氣水的有效接觸時間，但此時的進風阻力也隨之增大。采用α=70°的導風板安裝角可以使塔的實際通風量G與氣水接觸時間的配

9、合效果最好，使冷卻效率η當量傳熱系數(shù)Kh’等參數(shù)達最大值。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，充分強化了塔內(nèi)的傳熱過程。
　　 (3)雙參數(shù)的F檢驗表明冷態(tài)試驗和熱態(tài)試驗的誤差影響較小，試驗結(jié)果比較可靠，為進一步理論研究導風板各因素對塔熱力性能的影響機制、側(cè)風下塔的通風量和阻力計算等問題奠定了基礎(chǔ)。
　　 (4)試驗結(jié)果和理論分析都表明板安裝數(shù)量N對通風量G、出塔水溫

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