论大型间接空冷塔内部空气流场导流

论大型间接空冷塔内部空气流场导流

李东阳

陕西商洛发电有限公司726000

摘要：为了达到在环境风中的空冷塔表现出较高性能的目的，本文改进了塔内的导流装置，将导流板分为圆环型与螺旋型。为了充分验证改进之后的性能，本文在不同风速下以及不同导流板的间距等实验条件下，使用数值模拟的方法进行对比验证。实验结果显示，无风的时候，圆环型对空冷塔内性能较好；当有风的时候，当间隔距离比较低的时候，d=2m、4m，圆环型的导流板的影响性能均低于螺旋型导流板，并且随着距离增大，影响效果更加明显。当距离间隔为6m，螺旋型的导流板没有影响效果，低于圆环型的导流板。

关键词：内部导流板；环境风；空冷塔；数值模拟

引言

近几年来，国内外研究学者大力研究空冷塔的性能影响因素，统计发现影响性能的主要因素是环境风[1]。因此通过改变环境风的条件，对改善空冷塔性能至关重要。文献[2]中将布置的导流板垂直于风的方向，并将导流板布置于空冷塔的两侧。经过实验验证，此方法提高了空冷塔的性能。文献[3]中同时布置了内外部导流板，经过数值模拟方法，验证了方法的可行性。

通过一些导流装置确实可以减轻环境风对于空冷塔的影响，但是塔内仍然存在着空气流场恶化的问题。本文为了解决以上问题，提出了更好的内部导流方法，强化了散热器出口，改善了传热能力与空气流动性能。所提方法使用数值模拟的方法进行实验，实验结果表明，所提方法有着较高的表现性能。

一、导流板对空冷塔的性能研究

1.1物理模型

本文研究使用660MW的空冷塔，并且在塔外面布置了空冷散热器，如表1所示，为空冷塔的几何参数。本文以此为基础，进行建模、计算。本文充分考虑了环境风对于空冷塔的影响因素，如图1所示，在塔内布置了导流板。对于导流板的放置位置为：三层的导流板，均平行于地面，每一层间隔距离相同。最后一层放置在地面上。

图1导流板布置图

表1几何参数

在本文中，将导流板的结构设计为2种形式：第一种是圆环型；第二种是在圆环型的基础上增加20个完全一样的叶片构成螺旋状。这两种结构分别如图2和图3所示。

图2圆环型导流板示意图

图3螺旋型导流板示意图

1.2数学模型

为了方便进行计算、建模，本文对空冷塔作以下假设：

忽略空气流动中的不稳定因素，假设流动始终呈现稳态。

忽略辐射之间的换热；

设定翅片管热壁为恒定温度条件；

忽略流动换热中的不利因素，比如管道辅助、膨胀水箱等。

空气的稳态控制方程如式1所示：

(1)

其中：表示密度；j是水平方向的速度分量；表示扩散系数、源项、控制变量。

图4域长与边界条件示意图

在本文中，将Radiator模型应用到换热与空气流动的过程。压力方程如下：

(2)

其中：v表示风速度；是损失系数。

(3)

风速度函数可以用换热系数表示为：

(4)

在本文中，风速度函数使用了幂函数，表示为：

(5)

本文中的域长、宽高条件如图4，忽略空冷塔、域长边界之间的不利影响因素。

1.3模型验证

本文提出的算法使用了数值计算方法进行验证。在不同塔内高度处，对比计算的风速值与测量值，对比结果如图5。结果表明计算值与测量值大致相同，充分说明了本文算法的有效性与可行性。

图5测量值与计算值对比图

图6不同截面塔内速度场

图7圆环型导流板与风速对空冷塔影响结果

图8螺旋型导流板与风速对空冷塔影响结果

二、结果分析

本文使用相隔不同距离的导流板，讨论风有无对空冷塔的影响因素。如图6，没有导流板的时候，塔内的空气流动面积较小。截面速度z=10m时，可以看到对称的流线，有比较强的空气阻力，所以空冷塔的传热能力较差。

图9风速与不同间隔的导流板对空冷塔影响结果

当存在导流板的时候，通过流线可以得出，空气方向一直向上，存在塔内的涡流很小。通过图6中可以看出，圆环型和螺旋型的导流板对于流场，影响因素差不太多。但是螺旋型的能够使空气更加稳态。

在各个风速度下，安装不同间隔距离的圆环型，对于塔内的影响性能如图7。结果显示，较高的风速能够对空冷塔的性能改变明显。当间隔为2m与4m时效果相似。

在各个风速度下，安装不同间隔距离的螺旋型，对于塔内的影响性能如图8。结果显示，当风速度比较低的时候，空气流动阻力是使塔内性能较低的重要因素，当风速度比较低的时候，空气流场只要改变，就能够提升塔性能。而且，结果表明，即使改变导流板的不同间隔距离，也改变不了塔性能。

在各个风速度下，安装不同间隔距离的螺旋型、圆环型的导流板，对于塔内的影响性能如图9。结果显示，当风速度比较低，接近于无风的时候，圆环型对空冷塔内性能较好；当有风的时候，当间隔距离比较低的时候，d=2m、4m，圆环型的导流板的影响性能均低于螺旋型导流板，并且随着距离增大，影响效果更加明显。当距离间隔为6m，螺旋型的导流板没有影响效果，低于圆环型的导流板。

三、结语

本文在不同风速下以及不同导流板的间距等实验条件下，使用数值模拟的方法进行对比验证。实验结果显示，随着风速的逐步提高，导流板对空冷塔的改善作用表现显著。得到如下结论:

当风速度较小，以及接近无风的时候，如果导流板存在，则可以使空气的阻力大大加强，严重影响了空冷塔的性能；当风速度相对较大的时候，导流板的存在能够优化流场，并且占据主导地位，所以能够大大增加空冷塔性能。

无风的时候，圆环型对空冷塔内性能较好；当有风的时候，当间隔距离比较低的时候，d=2m、4m，圆环型的导流板的影响性能均低于螺旋型导流板。当距离间隔为6m，螺旋型的导流板没有影响效果，低于圆环型的导流板。

参考文献

[1]吴韬,席新铭,杜小泽,等.大型间接空冷塔内部空气流场导流研究[J].汽轮机技术,2018,60(3).

[2]大型间接空冷塔空气流动特性及流场优化研究[D].华北电力大学,2015.

[3]贺亚楠.大型间接空冷塔优化设计研究[D].华北电力大学,2014.