电厂空冷技术在富煤贫水地区作为一种最有效的节水型火力发电技术,近年来在世界电站建设中获得了快速发展。研究表明,空冷电站比常规湿冷电站节水60-70%,可实现水资源的高效利用,为了实现西电东送和煤从空中走战略,必须建设节水型空冷电站。因此开展大型燃煤火力发电空冷机组相关技术的研究,具有十分重要的现实意义。但在实际情况中,环境自然风会对空冷塔内外的空气动力场和底部散热器散热特性产生负面影响,将会造成循环冷却水水温大幅波动,空冷塔的冷却性能降低。实际运行经验表明:每年在大风期间(风速大于5 m/s),空冷塔冷却效率明显下降,冷却水出口水温的升高,造成电厂煤耗率上升,进而影响电厂的整体经济性。本文基于SCAL型间接空气冷却塔,以加装弧形导风板和旋转导风板为优化手段,搭建了1:100比例空冷塔模型实验台,依照实际冷却塔的内部结构进行简化,建立原型间接空冷塔数值模型,并采用实验和数值模拟相结合的方法,研究侧风下间接空冷塔的流动特性和换热特性。本文主要工作和成果概括如下:(1)搭建间接空冷塔热态模型实验台,建立了基于对流换热的原型空冷塔数值模型,研究空冷塔冷却性能受环境侧风的影响规律。实验和模拟结果表明:在无环境侧风影响下,空冷塔进风均匀,底部散热器散热稳定;在环境侧风影响下,空冷塔底部进风状况改变,进风量减小,出现穿堂风现象,塔外出现严重的柱体绕流现象,空冷塔冷却性能随环境侧风风速的增大先减小再增大,在5 m/s的侧风风速下,原型空冷塔的通风量减少60.4%,换热量减少32.3%,冷却性能所受影响最大。(2)研究循环冷却水在不同温度下(40℃、50℃、60℃、70℃)和不同流量下(5L/min、10L/min和15L/min),空冷塔塔底各区域进塔风速和冷却水温降随侧风风速变化的规律,比较模型实验和数值模型计算结果,得出如下结论:(1)相同循环水温和循环水流量条件下,侧风风速越大,迎风侧的进塔风速越大,空冷塔两侧和背风侧的进塔风速反而越小;循环水温越高,流量越小,迎风面进塔风速随侧风风速的增大而快速增长;(2)循环冷却水温降随侧风风速的变化趋势与循环水温和循环水流量无关,但在相同流量和相同侧风风速下,循环水水温越高,冷却水的温降越大;在相同循环水温和相同侧风风速下,循环水流量越大,冷却水的温降越小;在0.3m/s~0.5m/s环境风速之间,冷却水温降达到最小;(3)建立不同数量导风板的原型空冷塔数值模型,在5m/s侧风风速下,模拟研究导风板数量对间接空冷塔冷却性能的改善效果。结果表明:通风量和换热量均随着导风板数量的增加出现先增大后减小的变化趋势。其中,导风板数量为8个时,空冷塔性能达到最佳,此时空冷塔的通风量提高61.7%,换热量提高15.1%。(4)在空冷塔模型实验台底部设置旋转弧形导风板,建立基于单运动参考系模型的原型空冷塔数值模型。设置8块导风板,研究在不同旋转速度下,旋转导风板对空冷塔的冷却性能的改善效果。研究表明:随着弧形导风板转速的增大,原型空冷塔塔底出口附近高温峰值变低,通风量与换热量随着旋转转速的增加呈现先减小后增大的变化规律,模型实验台的冷却水温降随着弧形导风板转速的增大也呈现先减小后增大的变化规律。当旋转导风板转速大于8r/min时,空冷塔换热量趋于平稳。(5)采用热效能系数曲线对实验结果和数值模拟结果进行对比,通过相关性分析,验证了数值模拟与实验数据结果的一致性,表明数值模拟结果具有一定的实际意义和参考价值。