机械通风冷却塔塔群布置优化数值模似研究

发布时间：2017-10-28 15:30

  本文关键词：机械通风冷却塔塔群布置优化数值模似研究

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【摘要】：电力工业是国民经济发展的基础,近年来,随着社会经济的快速发展,电力短缺形势加剧,电力需求不断增长。在电力行业中,自然通风冷却塔的应用较广,但为适应这一急速的电力发展需求,也有200MW机组使用机械通风冷却塔进行冷却的案例,并且这种趋势越来越明显,这主要是由于机械通风冷却塔的一次投资低、建设工期短。同时,机械通风冷却塔还被广泛应用于化工、冶金、制药、酿造等行业。对于自然通风冷却塔,由于其冷却水量大,往往建造一座或几座即可满足要求,并且自然通风冷却塔塔体较高,在出口热空气自身的动量及热浮力的影响下,湿热空气很难下沉到地面造成热气再循环,所以自然通风冷却塔的回流及干扰对冷却效果影响较小。而对于机械通风冷却塔而言,由于单塔冷却水量较小,往往需要多排布置在一起,尤其是近些年,机力塔的建造规模在明显加大了,淋水密度和通风量都有所提升,它们要抽入大量的空气。当冷却塔布置间距过小或距离其他建筑物较近,会恶化进风口及淋水装置中的风量分配,减少风机的抽风量,同时,从塔内排出的湿热空气可能又会进入自身或相邻塔的进风口,从而降低它们的冷却效果。在冷却塔计算时,空气的温度和湿度通常采用就近的气象站资料,实际运行时,由于环境风的存在,冷却塔周围会形成较热和较潮湿的空气区域,如果对进气条件不加以修正将导致计算出塔水温偏低,造成设计不当的后果。虽然相关规范对冷却塔的布置做了要求,但没有考虑环境风的影响,一些工作人员也做了相关的研究,但都是针对具体工程,不具有系统性。因此,有必要对环境风速风向、冷却塔的布置方式及其间距对塔群回流率的影响进行系统研究,以降低由于布置不当引起的不利影响。本文建立了单塔及塔群不同布置方式的三维数值模型,并应用商业流体计算软件FLUENT对其进行了数值模拟计算,其中,在填料区域添加质量热量源项,外界自然风通过UDF编程添加。通过计算,得出了无自然风情况下,单塔不同塔型自身回流率的变化情况；有自然风时,不同风速风向对冷却塔回流率的影响；冷却塔单排布置时,不同风速风向及塔排长度对塔群回流率的影响；冷却塔多排布置时,不同风速风向及塔排间距对塔群回流率及塔排间的干扰的影响。计算结果显示：(1)在没有外界环境风干扰、完全静风的条件下,单座塔不同的塔型即出风口与进风口速度之比v,/v2,对冷却塔自身回流率没有影响；存在环境风时,单塔回流率随v,/v2的增大逐渐减小；在塔型一定的条件下,回流率随风速的增大而变大。(2)对于多座冷却塔单排布置的情况。风向90°时,塔群平均回流率随风速先增大后减小,当塔排长度与塔宽之比大于5时,塔群平均回流率变化量减小；当风向为0。时,下风向最后一格塔回流率最高,但较前者风向小很多,因此在场地条件允许的情况下,应尽量使塔排长轴平行于主导风向。(3)多塔单列布置。0°风向时,越靠下风侧塔格回流率越大,且随塔排间距的增加而变大；90°风向时,随L1/B的增加回流率减小,当L1/B大于1后,塔群平均回流率基本不变。(4)多塔多列布置。0°风向时,塔群平均回流率随塔排净距的增大而迅速减小,当L2/B大于1时,回流率很小并且基本不受塔排净距的影响；90°风向,当风速较小时,塔群平均回流率随塔排间距的增大而减小,当风速大于9m/s时,随塔排间距的增大,塔群平均回流率先增大后减小。塔排净距越大,塔排之间的干扰就越小,对比而言,越靠近下风向的塔排受到的干扰越强。综合以上计算结果,通过数值模拟计算给出了各因素对塔群回流率及干扰的影响规律,提出了合理的塔排间距布置,为工程设计提供参考。
【关键词】：冷却塔塔群 回流率 干扰 塔排间距 优化布置
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM621
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究目的及意义13-15
• 1.2 冷却塔回流率的研究现状15-18
• 1.3 规范对机械通风冷却塔布置的规定18-20
• 1.4 论文内容安排20-21
• 第二章 机械通风冷却塔的工作原理及相关计算21-33
• 2.1 机械通风冷却塔概述21-22
• 2.1.1 机械通风冷却塔的分类21
• 2.1.2 机械通风冷却塔的结构21-22
• 2.2 机械通风冷却塔的气流运动22-29
• 2.2.1 流体及流动的基本特性22-25
• 2.2.2 湿空气的物性参数及其关系25-28
• 2.2.3 冷却塔内空气的流动过程28-29
• 2.3 机械通风冷却塔回流率的相关计算29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 数值模拟方法简介33-43
• 3.1 CFD数值解法33-34
• 3.1.1 CFD概述33-34
• 3.1.2 离散方法34
• 3.2 Fluent计算流程34-35
• 3.3 气流运动的控制方程35-38
• 3.4 网格划分38-39
• 3.5 边界条件设置39-40
• 3.6 计算域的选取40-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第四章 塔群回流及干扰数值模拟计算结果与分析43-69
• 4.1 计算工况43-45
• 4.1.1 单塔计算工况43-44
• 4.1.2 多塔单排计算工况44
• 4.1.3 多塔多排计算工况44-45
• 4.2 单塔不同塔型对回流率的影响45-50
• 4.2.1 无风条件下单座塔的回流率45-46
• 4.2.2 环境风速对单座塔回流率的影响46-50
• 4.3 单排布置时塔排长度对塔群回流率的影响50-57
• 4.3.1 无风时塔排长度对塔群回流率的影响50-52
• 4.3.2 环境风对单排塔回流率的影响52-57
• 4.4 多排布置时塔排间距对塔群回流率的影响57-67
• 4.4.1 多排单列布置塔排间距对塔群回流率的影响57-61
• 4.4.2 多排多列布置塔排间距对塔群回流率的影响61-67
• 4.5 本章小结67-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 主要结论及创新点69-70
• 5.2 研究展望70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果74-76
• 致谢76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 许雅娟,罗挺;FLUENT用于大气污染扩散的数值模拟[J];后勤工程学院学报;2005年02期

2 郭栋鹏;姚仁太;乔清党;文云朝;;核电厂冷却塔水汽扩散影响因素的分析[J];空气动力学学报;2011年02期

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本文编号：1108871