间冷塔散热器布置方式及挡风墙设置对换热性能的影响分析

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当今社会水资源匮乏,因此,节约用水、提高水资源利用率已经成为我国可持续发展的重大发展战略。建设传统的湿冷机组需要消耗大量的水资源,采用空气冷却技术的空冷机组节水效果显著,因此,间接空冷塔(间冷塔)在水资源短缺的地方得到了广泛的应用。本文研究了660MW SCAL型散热器布置方式对其换热性能的影响。在传统布置方式的基础上,提出了圆环布置方式、椭圆环布置方式和塔内水平圆周布置方式。首先建立了不同布置方式的几何模型并同时考虑了间冷塔周围有无建筑物的存在。采用不同的网格数和一定的边界条件,对网格无关性进行了验证,并与验证工况进行了对比,确定了所建模型满足实际工程需要。然后,利用能量方程、动量方程、连续性方程及k-?方程等,并对间冷塔散热器采用换热器模型中的简单效能法并结合多孔介质建立了数学模型。通过CFD模拟得到了不同环境风速及不同布置方式下间冷塔的速度场和温度场分布,并对间冷塔的换热性能进行了分析对比。最后又基于传统布置方式,为改善其流场分布又提出3种改善方案,即塔外布置挡风墙(A1方案)、塔内布置挡风墙(A2方案)和塔内外同时布置挡风墙(A3方案)。模拟结果表明:无环境风且散热器不同布置方式时,间冷塔周围建筑物的存在对其换热性能几乎无影响。传统布置方式:间冷塔周围有无建筑物时,间冷塔总通风量和总换热量均随环境风速的增加呈现先减小后增加的趋势,并在12m/s处取得最小值。由于间冷塔周围建筑物的存在,使得其通风量改变度最大值和最小值分别在18m/s和12m/s取得,换热量改变度最大值和最小值分别在5.5m/s和18m/s取得。圆环布置方式:间冷塔周围有无建筑物时,随着环境风速的增加,间冷塔总通风量先减小后增加,其最小值均在12m/s取得。间冷塔周围无建筑物时,间冷塔总换热量随环境风速的增加先减小再增加,其最小值在12m/s取得。间冷塔周围有建筑物时,间冷塔总换热量随环境风速的增加先减小后增加再减小最后又增加,其最小值在15m/s取得。由于间冷塔周围建筑物的存在,使得通风量改变度最大值和最小值分别在15m/s和5.5m/s取得,换热量改变度最大值和最小值分别在12m/s和18m/s取得。风向垂直于长轴椭圆环布置方式:间冷塔周围有无建筑物时,随着环境风速的增加,间冷塔总通风量先减小后增加,其最小值均在8m/s取得。间冷塔周围无建筑物时,间冷塔总换热量随着环境风速的增加先减小后增加再减小最后又增加,其最小值在8m/s取得。间冷塔周围有建筑物时,间冷塔总换热量随着环境风速的增加先减小后增加,其最小值在12m/s取得。由于间冷塔周围建筑物的存在,使得通风量改变度最大值和最小值分别在8m/s和12m/s取得,换热量改变度最大值和最小值分别在15m/s和12m/s取得。风向平行于长轴椭圆环布置方式:间冷塔总通风量和总换热量均随环境风速的增加先减小后增加,最小值均在12m/s取得。塔内水平圆周布置方式:风向下游散热器扇区的整体换热性能要优于风向上游散热器扇区的整体换热性能,间冷塔总通风量和总换热量随着环境风速的增加一直减小。各布置方式与传统布置方式相比:塔内水平圆周布置方式和风向平行于长轴椭圆环布置方式,其换热性能整体均劣于传统布置方式;风向垂直于长轴椭圆环布置方式,其换热性能整体优于传统布置方式;当环境风速在一定范围变化时,圆环布置方式其换热性能优于传统布置方式。A1、A2和A3改善方案相比传统布置方式换热性能均有改善。A1方案和A3方案相比A2方案换热性能也得到改善,且A3方案相比A2方案换热性能改善幅度更大。故A3方案为最佳方案,A2方案为最差方案。综上所述:间冷塔散热器各布置方式的研究为改善间冷塔换热性能提供了一个新的思路,具有一定的参考意义;同时采用挡风墙也可以改善间冷塔的换热性能,对于风向较固定的地区,本文A3方案可以有效改善间冷塔的换热性能。
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