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作为汽轮机发电机组的重要辅机之一,凝汽器工作性能的好坏对整个机组的安全性与经济性有十分重要的影响。因此,研究、开发和设计更高效合理的凝汽器成为人们努力的方向。由于凝汽器几何尺寸大,内部蒸汽流动与凝结换热过程复杂,数值模拟的方法已成为研究凝汽器内部流动和传热特性、设计凝汽器内部管束结构的重要手段之一。
本文建立了凝汽器的二维数值模型,给出了模型中分布阻力、分布质量汇的处理方法。在模型中采用多孔介质模型,认为壳侧液相的作用主要表现在对分布阻力关系式的影响上,忽略液相所具有的动量及热量交换,将凝汽器壳侧的流动简化为汽气混合物在多孔介质中具有分布阻力和分布质量汇的单相二维定常流动。模型简化后,取速度、压力(u,v,p)为基本变量,采用求解压力耦合方程组的半隐式方法(SIMPLE算法),通过质量守恒方程、动量守恒方程及空气组分方程,最终求解速度场和压力场以及其它热力参数的分布。
根据分布阻力、分布质量汇的处理方法,利用专门的商业CFD软件Fluent完成凝汽器的数值模拟过程。分别对单流程和双流程的两种凝汽器进行数值模拟计算,得出两种凝汽器的蒸汽速度分布、压力分布和空气浓度分布等,对凝汽器管束布置的合理性和换热特性进行对比分析。
单流程凝汽器流场分布比较平衡,左右两侧基本对称,形成匀滑、无停滞区均匀分布状态,基本上与气流方向保持一致。管束布置合理。蒸汽中含有的非凝结气体及含于非凝结气体中的携带蒸汽均匀地汇聚起来被导入空冷区,进一步被冷却,空冷区的空气浓度逐渐增大,最后被抽走。
双流程凝汽器流场分布不均匀,通过中间蒸汽通道的气流在进入主凝区下部和迎流区管束时向第一流程管束偏移,与第二流程相比,第一流程进入气流量较大,蒸汽流动遇到阻滞,而空冷区空气浓度较大,汽阻大,压降较大,影响了第一流程的传热效果,同时第二流程的部分传热面积没有得到充分利用,凝汽器的传热变差。可以采用导流板引导气流,改善流场分布,避免流线偏移造成的不良后果.
模拟结果对凝汽器内部结构的布置有参考意义。