超大型冷卻塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)過(guò)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(duì)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(duì)冷卻塔的性能進(jìn)行研究。根據(jù)最新的《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，在強(qiáng)調(diào)核電安全的前提下，我國(guó)正穩(wěn)步有序地推進(jìn)核電建設(shè)工作，千萬(wàn)千瓦級(jí)的第三代核電技術(shù)-AP1000因其具有容量大、技術(shù)先進(jìn)和安全性高等特點(diǎn)，被各地區(qū)核電項(xiàng)目所采用。

2、作為AP1000核電機(jī)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(yùn)行。AP1000核電機(jī)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(dòng)及傳熱傳質(zhì)過(guò)程較為復(fù)雜，超過(guò)了目前國(guó)內(nèi)規(guī)范涉及的范圍，常規(guī)一維、二維計(jì)算軟件及方法已不能精確地計(jì)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(duì)冷卻塔效率的影響，而模型試驗(yàn)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(kāi)發(fā)適用于超大型冷卻塔性能計(jì)算的三維數(shù)值計(jì)算

3、模型，研究塔內(nèi)兩相流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)特性及各種因素對(duì)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(jì)算模型，在根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)所建三維數(shù)值計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，對(duì)多種工況條件下冷卻塔內(nèi)兩相流動(dòng)及傳熱傳質(zhì)進(jìn)行了三維數(shù)值計(jì)算，著重對(duì)填料布置不均、分區(qū)配水、淋水密度、進(jìn)塔水溫和環(huán)境濕度等因素對(duì)冷卻塔熱力特性的影響展開(kāi)了分析研究;同時(shí)，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(duì)塔內(nèi)流場(chǎng)的影響以及

4、冷卻塔出口霧羽擴(kuò)散現(xiàn)象，為超大型冷卻塔優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能評(píng)價(jià)提供了參考依據(jù)。主要研究工作如下:
　　 (1)冷卻塔內(nèi)流動(dòng)及傳熱傳質(zhì)三維數(shù)值計(jì)算模型的建立。本文考慮了不同填料形式對(duì)填料區(qū)傳熱傳質(zhì)及阻力特性的影響，采用了由實(shí)驗(yàn)得出的填料特性公式，對(duì)劉易斯因子Lef進(jìn)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(dòng)及傳熱傳質(zhì)模型;同時(shí)也建立了相關(guān)的噴淋區(qū)和雨區(qū)的三維數(shù)值計(jì)算模型。最后基于Fluent軟件平臺(tái)，采用自定義函數(shù)添加源項(xiàng)方法，開(kāi)

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(dòng)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(jì)算模型的驗(yàn)證分析。采用開(kāi)發(fā)的冷卻塔三維數(shù)值計(jì)算模型對(duì)兩個(gè)在用冷卻塔進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證分析。結(jié)果表明計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合度較高，驗(yàn)證了三維數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性，表明所開(kāi)發(fā)的三維數(shù)值計(jì)算模型可以滿足冷卻塔特性計(jì)算的要求。
　　 (3)冷卻塔內(nèi)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)對(duì)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(duì)冷卻塔性能的影響，得出了較好的布置和分配方式。同時(shí)，還分析了淋水密度、進(jìn)塔水溫、環(huán)境濕度等變化對(duì)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(chǎng)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(diǎn)，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(kuò)散角對(duì)冷卻塔內(nèi)流動(dòng)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(kuò)散的研究。結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)單塔霧羽擴(kuò)散以及側(cè)風(fēng)情況下雙塔出口、漂滴和溫度的擴(kuò)散及分布情況進(jìn)行了研究，給出了不同工況下霧羽的擴(kuò)散特性。希望為合理評(píng)估冷卻塔出口對(duì)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(jì)算模型，并分析了各