超大型冷卻塔內(nèi)氣液兩相流動和傳熱傳質(zhì)過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、冷卻塔作為一種有效的冷卻設(shè)備，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是需要大量冷卻水的火電站和核電站熱力系統(tǒng)中被廣泛使用。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和水資源的日益稀缺，人們對冷卻塔冷卻效果和冷卻效率的要求也逐漸提高，并不斷地對冷卻塔的性能進行研究。根據(jù)最新的《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，在強調(diào)核電安全的前提下，我國正穩(wěn)步有序地推進核電建設(shè)工作，千萬千瓦級的第三代核電技術(shù)-AP1000因其具有容量大、技術(shù)先進和安全性高等特點，被各地區(qū)核電項目所采用。

2、作為AP1000核電機組的重要組成部分，自然通風(fēng)冷卻塔熱力性能直接影響核電站的穩(wěn)定運行。AP1000核電機組冷卻塔塔筒結(jié)構(gòu)尺寸巨大，其規(guī)模將遠(yuǎn)超以往冷卻塔，塔內(nèi)的流動及傳熱傳質(zhì)過程較為復(fù)雜，超過了目前國內(nèi)規(guī)范涉及的范圍，常規(guī)一維、二維計算軟件及方法已不能精確地計算冷卻塔的各種參數(shù)及冷卻塔內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)等三維因素對冷卻塔效率的影響，而模型試驗很難滿足其中的兩相流耦合情況下的相似條件且成本太高。因此開發(fā)適用于超大型冷卻塔性能計算的三維數(shù)值計算

3、模型，研究塔內(nèi)兩相流動、傳熱傳質(zhì)特性及各種因素對冷卻塔性能的影響是十分必要的。
　　 本文建立了超大型冷卻塔的三維數(shù)值計算模型，在根據(jù)實測數(shù)據(jù)對所建三維數(shù)值計算模型進行驗證的基礎(chǔ)上，對多種工況條件下冷卻塔內(nèi)兩相流動及傳熱傳質(zhì)進行了三維數(shù)值計算，著重對填料布置不均、分區(qū)配水、淋水密度、進塔水溫和環(huán)境濕度等因素對冷卻塔熱力特性的影響展開了分析研究;同時，分析了側(cè)風(fēng)下各種防御措施的效果，還研究了側(cè)風(fēng)下冷卻塔出口形狀對塔內(nèi)流場的影響以及

4、冷卻塔出口霧羽擴散現(xiàn)象，為超大型冷卻塔優(yōu)化設(shè)計和性能評價提供了參考依據(jù)。主要研究工作如下:
　　 (1)冷卻塔內(nèi)流動及傳熱傳質(zhì)三維數(shù)值計算模型的建立。本文考慮了不同填料形式對填料區(qū)傳熱傳質(zhì)及阻力特性的影響，采用了由實驗得出的填料特性公式，對劉易斯因子Lef進行了修正，建立了較為準(zhǔn)確的超大型冷卻塔填料區(qū)流動及傳熱傳質(zhì)模型;同時也建立了相關(guān)的噴淋區(qū)和雨區(qū)的三維數(shù)值計算模型。最后基于Fluent軟件平臺，采用自定義函數(shù)添加源項方法，開

5、發(fā)了適用于冷卻塔特性研究的三維數(shù)值模擬程序，為冷卻塔內(nèi)流動和傳熱傳質(zhì)的研究提供了基礎(chǔ)。
　　 (2)冷卻塔三維數(shù)值計算模型的驗證分析。采用開發(fā)的冷卻塔三維數(shù)值計算模型對兩個在用冷卻塔進行了數(shù)值計算，計算結(jié)果與設(shè)計計算及實測數(shù)據(jù)進行了驗證分析。結(jié)果表明計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)吻合度較高，驗證了三維數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性，表明所開發(fā)的三維數(shù)值計算模型可以滿足冷卻塔特性計算的要求。
　　 (3)冷卻塔內(nèi)結(jié)構(gòu)及運行參數(shù)對冷卻塔性能影

6、響的研究。根據(jù)各種條件下的塔內(nèi)速度、溫度、濕度的分布情況，分析了各種填料布置方式和配水方式對冷卻塔性能的影響，得出了較好的布置和分配方式。同時，還分析了淋水密度、進塔水溫、環(huán)境濕度等變化對冷卻塔性能的影響。
　　 (4)側(cè)風(fēng)下冷卻塔防風(fēng)措施的研究。研究了側(cè)風(fēng)下塔內(nèi)流場的分布，并分析了多種側(cè)風(fēng)防御措施的效果。指出了各種防御措施的優(yōu)缺點，并給出了不同氣象條件下的側(cè)風(fēng)防御措施建議。
　　 (5)側(cè)風(fēng)下冷卻塔出口結(jié)構(gòu)影響的研究。

7、分析不同出口形狀、出口面積及擴散角對冷卻塔內(nèi)流動的影響，得出了各種出口結(jié)構(gòu)的側(cè)風(fēng)防御能力，并給出了不同側(cè)風(fēng)條件下采用的出口結(jié)構(gòu)的建議。
　　 (6)冷卻塔出口霧羽擴散的研究。結(jié)合實測數(shù)據(jù)，對單塔霧羽擴散以及側(cè)風(fēng)情況下雙塔出口、漂滴和溫度的擴散及分布情況進行了研究，給出了不同工況下霧羽的擴散特性。希望為合理評估冷卻塔出口對環(huán)境的影響以及相應(yīng)防范措施的采取提供支持。
　　 本文建立了超大型冷卻塔的三維數(shù)值計算模型，并分析了各