自然通风湿式冷却塔加装挡风板优化设计
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L ogh a , H N H iu MA J nk n I n —u Z E a- n , i .u Y j a ( . n r yP w ra dMeh ncl n ie r gS h o f o t hn l t cP w rU vri 1 E eg o e n c a ia gn ei c o l rh C iaE e r o e n esy E n oN ci i t B o ig0 1 0 , hn ; . a e g S a g nP we ln , h iz u n 5 5 0, hn ) a dn 7 0 3 C ia 2 Hu n n h n a o rPa t S ia h a g0 0 1 C ia j
触散热 , 忽略辐射散热 ;2 填料层分布致密 , () 结 构复杂, 对填料内部的质量、 动量和能量交换 以源 项的形式采用外接 自定义 函数 求解 ; 3 在稳 () 定运行工况下 , 塔内流动视为定常流, 其中气相运
2 1 年第 1 期 ( 01 1 总第 17期 ) 6
应用 能源技 术
最低 , 塔进风最均匀 , 气水接触也最均匀, 以热 所
质交换 效果 也最 好 。但 随 度场发生变化 , 在风速为 78m s 由于 . / 时, 气流在 进风 口流通 面积 急剧收缩 , 其流速 增加 , 在 填料底部形成低压环流 区, 妨碍了进风 口附近填 料区的进风。因此 向风侧比背风侧温度高。 () 2 冷却塔进风 口加装不同层数的挡风板可 以提高塔 内的温度, 从而可以有效的防止结冰, 对
单元考察其中淋水的总体传热传质效应 , 采用拉
格朗日法计算喷淋区和雨区的水流场, 水滴 的温
度变化 服从 如下关 系式 j :
△ = A ( 一 )+ h ( —C )
为无滑移壁面边界条件 。计算 中考虑重力和浮力 影响 , 离散相边界条件在环境进出 口、 进风 口、 水
0 引言
目前华北和东北地区运行的冷却塔均有结冰
现象存 在 。严 重 影 响 了冷 却 塔 的正 常运 行 , 同时
层加 装 挡 风板 方 案 , 60M 机组 逆 流 湿式 自 对 0 W
然通风冷却塔在不同的环境温度下和不同的横向 风下 , 对冷却塔的热力特性进行 了模拟, 从而得出
为反射 。计算 边界 如 图 1所示 。
2 计算结果 分析
2 1 未装 挡风板 塔 内温 度及 速度场 分析 . 基 于 上述 理 论 , 环 境 温度 为 一1 、 塔 在 O℃ 进 水温为 2.2℃ , 水量 为 1 2. gs的 工况 69 进 l 9 7k/ 8
下, 模拟不同横 向风下的工况 , 图为与风向平行 下 的冷却塔的纵向最大截面空气温度和速度分布图。
进风 口加装 挡风 板起到 防结 冰作用 的结论 。
也缩短了冷却塔的使用寿命 , 并增加 了塔的运行
成本 。
1 物理计算模 型
冷却塔内部为气水两相流场, 传热传质和摩
擦碰撞同时存在 , 为了突出热量与物质交换过程,
对 计算 模型 作 适 当 简 化 : 1 忽 略塔 体 向环 境 的 () 散 热 和水滴 内部 热 阻 , 只考 虑 塔 内蒸 发 散热 和接
外空气密度 , 为塔 内经过填料和配水层后 的饱 P 和或接近饱和的空气密度 , 为塔的总阻力系数 , 填料阻力系数 由式( ) 5 确定 , 其他 区域阻力系数 可根据有 关实验数 据取定 值 , j分别 为进风 口
=
O5, . 配水 系统
=0 5 收水 器 £ ., =3 5 .。
Ab t a t B s d o 山e r lt e t e r e o ewe o l g twe ,h s s l t n b i s t e h a n sr c : a e n eai h o i ft t oi v s h c n o r t i i ai u l l e t d mu o d l a ma s t n frmo e r u h C D.T e man h a a se r a u h a l r ,r i d s r y z n s r s d lt o g F a l e h h i e tt n fra e ,s c s fl s an a p a o e r i e n d s r t h s d 1 Ast e a rtmp r t r S lw i ne n } e tt n fr i u e e n t e ice e p a e mo e. h i e e au e i o n wi tra d t e h a a se S n v n i h l r
出 口为压 力 边 界条 件 ; 壁 、 塔 管壁 、 挡风 板 和地 面
式中: p为各点空气密度 , 为速度矢量 , 为通 用变量 , 表示水蒸气组分、 温度 、 湍动能和湍流耗 散率 , 为广义扩散系数 , 为广义源项。
13 水滴控 制方 程 .
考虑到水滴运动 的不连续性 , 针对每个控制
在稳定工况下运行时 , 内外流场可当作稳态处 塔 理; 采用如下通用控制方程
V 。 p V币)= 击 (u币一 S () 2
以某 60 W 机组为例 , 0 M 其几何边界条件为: 塔高 15I, 2 环基外 侧直径 16 4 塔盆 直径 n 0 . 2m, 9.2 l 64 , n 塔筒顶部直径 5.1 喉部直径 5 . 1, 70 m, 22T I 进风 口高度 8n, 填料厚度 1 l计算 区域为直径 l , n 为 50 高度为 50l的圆柱体 。每层挡风板的 0 m、 0 r l 高为 13 , .31 将进风 口平均分 6层 , 1 1 从上至下依 次为 12 34 5 6 、 、、 、 、 层挡风板布置 , 中第 6 其 层挡 风板留作进 风 口。使用 gm i软件生成相应 的 ab t 几何模型以及计算网格。进 口为速度边界条件 ,
采用 M re法和 e N U法计算冷却塔 内部 e l k —T
流场, 忽略 了冷却水 的蒸 发损失 , 加入刘 易斯 因
子, 并将水滴控制方程近似简化为一维传热传质 方程, 气相流动为三维控制方程。本文针对冷却
塔在冬 季运行 时 出 现结 冰 问题 , 用 在进 风 口分 采
收稿 日期 :2 1 0一l 修订 日期 :2 1 0 1—1 5 0 1—1 2 O一 8 作者简介 :甄海军 (9 0一 , , , 18 ) 男 汉 硕士 , 从事火 电机组节 能理论及节 能技术研究。
22 B 2 0 8 珀
2 6 7
2 4 1
2 2 7
2 0 7 DD 05 10 15 20 , 2S .
挡风板层数
图 1 挡 风 板层 数 与填 料 下 面 的 最低 空 气 温 度 关 系 2
;
挂 2层挡风板 空气温度场
() 1 无风时塔 中心处空气的温度最高 , 速度
4 5
动呈轴对称分布 , 液相为一维流动。 模型计算方法为: 雨区和喷淋区用离散相模 型模拟, 选用标准湍流模型 , 在输运方程 中考虑了 浮力项 , J控制微分方程的离散化采用 了有限差 分法中的控制容积公式法 , 流场的计算则采用典
型 的 SMP E算 法 。 I L
1 1 几何 模型 .
应用 能源 技术
28 8
21 0 1年第 1 期 ( 第 17期 ) 1 总 6
2 6 8
2 4 8
蜘薹 啦萼 咐 渤‰洳蛳 = ! 埘啦啦懂憎啦啦啦啦啦啪埘啦啦啦啦憎毒惯 m = 墨 ;渤 渤 眦 兰 } 泓 啦埘啦啦哪‰ ‰ 孳啦‰啦啦啦萼 啦哪 ‰ ! } ; 埘蜘啦哪 啪 兰
z
圈 I
12 气流 控制 方程 .
稳定工况下 , 冷却塔对空气 的抽力和内部阻 力相平衡 , 得通风量计算公式如下 。
G :1 1 .l
.
/ J
m
( 1 )
图 2 空气温度场分 布( = ) V O
式中: G为通风量 , D为填料底层塔径 , 为冷却
塔 有效 高度 , 即配 水 喷 嘴 到塔 顶 的距离 加 喷 嘴 到 进 风 口中部距 离 的一半 , =( + / , 为 塔 P P p )2P
机 组湿式 冷却塔 的传热 传质模 型 , 主要 的换 热 区域如 填 料 、 区和 喷淋 区采 用 离散 相 模 型 。由 雨
于冬季气温较低和塔 内的换热不均 , 在冷却塔的填料下面、 进风 l处、 = 基环面容 易结冰 , 出了 r 提 在进风 口处加装挡风板的方案, 数值模拟分析结果显示, 该方案改善 了塔 内温度场, 有效的防止
应用 能源技 术
21 0 1年第 1 期 ( 第 17期 ) 1 总 6
自然通风湿式冷却塔加装挡风板优化设计
李永华 甄海军 马建坤 , 。 (. 1 华北电力大学能源动力与机械 工程学院, 保定 0 10 ;. 70 32 华能上安电厂 , 家庄 00 1 ) 石 5 30
摘 要: 以湿冷机组 自然通风 冷却塔 相 关理论 为 基础 , 助 于 C D模 拟软 件 , 借 F 建立 了火 电
twe ,t e wae s e s o fe z e o t e p c i ft e c o i g t we o r h tr i a y t r e e b lw a kng o o ln o r,a h i n e n n t e h h tt e ari lta d o h b s o s a e tm .A t o Spr s n e a n h ed si sald a e aril t u rc lsmult n mel d i e e td t ta wi d s i l i n t le tt i n e .n me a i a i l h h i o r s lss o wh c mp o e h e e au e fed i e t we n fe tv l r v ns fe zn . e u t h w ih i r v st e tmp r tr l n t o r a d e c ey p e e t r e i g i h i Ke r : Co l g t we y wo ds oi o r;W i s il o r n nd h ed b a d;Nu rc lsmu ai n;Dic ee p s d l me a i l t i o s r t ha e mo e
了塔 内结冰 。
关键 词 : 却塔 ; 风板 ; 值模 拟 ; 冷 挡 数 离散 相模 型
中图分类 号 :K 6 T 24
文献标 志码 : A
文章编 号 :0 9— 20 2 1 )1 O4 0 10 33 (0 1 1 一 O4— 5
O p i ia in De i n o n t l ng W i d h ed Bo r tm z to sg fI sal n s il a d On i Na ur lDr f e oi g To r t a a tW tCo l we n
() 3 式中: 、 、 m 分别是控制单元 内气相干球 A 温度和水滴温度 , 水滴表面积, 和水滴 流量 , 为 水滴表面蒸 汽 溶度 , 为 湿空 气 中蒸 汽溶 度 , c h 分别为传质 、 h 传热系数 ,詹 ^ 为淋水蒸发潜热。
池底面、 收水器等边界均为逃逸 , 在冷却塔壳壁面
触散热 , 忽略辐射散热 ;2 填料层分布致密 , () 结 构复杂, 对填料内部的质量、 动量和能量交换 以源 项的形式采用外接 自定义 函数 求解 ; 3 在稳 () 定运行工况下 , 塔内流动视为定常流, 其中气相运
2 1 年第 1 期 ( 01 1 总第 17期 ) 6
应用 能源技 术
最低 , 塔进风最均匀 , 气水接触也最均匀, 以热 所
质交换 效果 也最 好 。但 随 度场发生变化 , 在风速为 78m s 由于 . / 时, 气流在 进风 口流通 面积 急剧收缩 , 其流速 增加 , 在 填料底部形成低压环流 区, 妨碍了进风 口附近填 料区的进风。因此 向风侧比背风侧温度高。 () 2 冷却塔进风 口加装不同层数的挡风板可 以提高塔 内的温度, 从而可以有效的防止结冰, 对
单元考察其中淋水的总体传热传质效应 , 采用拉
格朗日法计算喷淋区和雨区的水流场, 水滴 的温
度变化 服从 如下关 系式 j :
△ = A ( 一 )+ h ( —C )
为无滑移壁面边界条件 。计算 中考虑重力和浮力 影响 , 离散相边界条件在环境进出 口、 进风 口、 水
0 引言
目前华北和东北地区运行的冷却塔均有结冰
现象存 在 。严 重 影 响 了冷 却 塔 的正 常运 行 , 同时
层加 装 挡 风板 方 案 , 60M 机组 逆 流 湿式 自 对 0 W
然通风冷却塔在不同的环境温度下和不同的横向 风下 , 对冷却塔的热力特性进行 了模拟, 从而得出
为反射 。计算 边界 如 图 1所示 。
2 计算结果 分析
2 1 未装 挡风板 塔 内温 度及 速度场 分析 . 基 于 上述 理 论 , 环 境 温度 为 一1 、 塔 在 O℃ 进 水温为 2.2℃ , 水量 为 1 2. gs的 工况 69 进 l 9 7k/ 8
下, 模拟不同横 向风下的工况 , 图为与风向平行 下 的冷却塔的纵向最大截面空气温度和速度分布图。
进风 口加装 挡风 板起到 防结 冰作用 的结论 。
也缩短了冷却塔的使用寿命 , 并增加 了塔的运行
成本 。
1 物理计算模 型
冷却塔内部为气水两相流场, 传热传质和摩
擦碰撞同时存在 , 为了突出热量与物质交换过程,
对 计算 模型 作 适 当 简 化 : 1 忽 略塔 体 向环 境 的 () 散 热 和水滴 内部 热 阻 , 只考 虑 塔 内蒸 发 散热 和接
外空气密度 , 为塔 内经过填料和配水层后 的饱 P 和或接近饱和的空气密度 , 为塔的总阻力系数 , 填料阻力系数 由式( ) 5 确定 , 其他 区域阻力系数 可根据有 关实验数 据取定 值 , j分别 为进风 口
=
O5, . 配水 系统
=0 5 收水 器 £ ., =3 5 .。
Ab t a t B s d o 山e r lt e t e r e o ewe o l g twe ,h s s l t n b i s t e h a n sr c : a e n eai h o i ft t oi v s h c n o r t i i ai u l l e t d mu o d l a ma s t n frmo e r u h C D.T e man h a a se r a u h a l r ,r i d s r y z n s r s d lt o g F a l e h h i e tt n fra e ,s c s fl s an a p a o e r i e n d s r t h s d 1 Ast e a rtmp r t r S lw i ne n } e tt n fr i u e e n t e ice e p a e mo e. h i e e au e i o n wi tra d t e h a a se S n v n i h l r
出 口为压 力 边 界条 件 ; 壁 、 塔 管壁 、 挡风 板 和地 面
式中: p为各点空气密度 , 为速度矢量 , 为通 用变量 , 表示水蒸气组分、 温度 、 湍动能和湍流耗 散率 , 为广义扩散系数 , 为广义源项。
13 水滴控 制方 程 .
考虑到水滴运动 的不连续性 , 针对每个控制
在稳定工况下运行时 , 内外流场可当作稳态处 塔 理; 采用如下通用控制方程
V 。 p V币)= 击 (u币一 S () 2
以某 60 W 机组为例 , 0 M 其几何边界条件为: 塔高 15I, 2 环基外 侧直径 16 4 塔盆 直径 n 0 . 2m, 9.2 l 64 , n 塔筒顶部直径 5.1 喉部直径 5 . 1, 70 m, 22T I 进风 口高度 8n, 填料厚度 1 l计算 区域为直径 l , n 为 50 高度为 50l的圆柱体 。每层挡风板的 0 m、 0 r l 高为 13 , .31 将进风 口平均分 6层 , 1 1 从上至下依 次为 12 34 5 6 、 、、 、 、 层挡风板布置 , 中第 6 其 层挡 风板留作进 风 口。使用 gm i软件生成相应 的 ab t 几何模型以及计算网格。进 口为速度边界条件 ,
采用 M re法和 e N U法计算冷却塔 内部 e l k —T
流场, 忽略 了冷却水 的蒸 发损失 , 加入刘 易斯 因
子, 并将水滴控制方程近似简化为一维传热传质 方程, 气相流动为三维控制方程。本文针对冷却
塔在冬 季运行 时 出 现结 冰 问题 , 用 在进 风 口分 采
收稿 日期 :2 1 0一l 修订 日期 :2 1 0 1—1 5 0 1—1 2 O一 8 作者简介 :甄海军 (9 0一 , , , 18 ) 男 汉 硕士 , 从事火 电机组节 能理论及节 能技术研究。
22 B 2 0 8 珀
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2 4 1
2 2 7
2 0 7 DD 05 10 15 20 , 2S .
挡风板层数
图 1 挡 风 板层 数 与填 料 下 面 的 最低 空 气 温 度 关 系 2
;
挂 2层挡风板 空气温度场
() 1 无风时塔 中心处空气的温度最高 , 速度
4 5
动呈轴对称分布 , 液相为一维流动。 模型计算方法为: 雨区和喷淋区用离散相模 型模拟, 选用标准湍流模型 , 在输运方程 中考虑了 浮力项 , J控制微分方程的离散化采用 了有限差 分法中的控制容积公式法 , 流场的计算则采用典
型 的 SMP E算 法 。 I L
1 1 几何 模型 .
应用 能源 技术
28 8
21 0 1年第 1 期 ( 第 17期 ) 1 总 6
2 6 8
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蜘薹 啦萼 咐 渤‰洳蛳 = ! 埘啦啦懂憎啦啦啦啦啦啪埘啦啦啦啦憎毒惯 m = 墨 ;渤 渤 眦 兰 } 泓 啦埘啦啦哪‰ ‰ 孳啦‰啦啦啦萼 啦哪 ‰ ! } ; 埘蜘啦哪 啪 兰
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圈 I
12 气流 控制 方程 .
稳定工况下 , 冷却塔对空气 的抽力和内部阻 力相平衡 , 得通风量计算公式如下 。
G :1 1 .l
.
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( 1 )
图 2 空气温度场分 布( = ) V O
式中: G为通风量 , D为填料底层塔径 , 为冷却
塔 有效 高度 , 即配 水 喷 嘴 到塔 顶 的距离 加 喷 嘴 到 进 风 口中部距 离 的一半 , =( + / , 为 塔 P P p )2P
机 组湿式 冷却塔 的传热 传质模 型 , 主要 的换 热 区域如 填 料 、 区和 喷淋 区采 用 离散 相 模 型 。由 雨
于冬季气温较低和塔 内的换热不均 , 在冷却塔的填料下面、 进风 l处、 = 基环面容 易结冰 , 出了 r 提 在进风 口处加装挡风板的方案, 数值模拟分析结果显示, 该方案改善 了塔 内温度场, 有效的防止
应用 能源技 术
21 0 1年第 1 期 ( 第 17期 ) 1 总 6
自然通风湿式冷却塔加装挡风板优化设计
李永华 甄海军 马建坤 , 。 (. 1 华北电力大学能源动力与机械 工程学院, 保定 0 10 ;. 70 32 华能上安电厂 , 家庄 00 1 ) 石 5 30
摘 要: 以湿冷机组 自然通风 冷却塔 相 关理论 为 基础 , 助 于 C D模 拟软 件 , 借 F 建立 了火 电
twe ,t e wae s e s o fe z e o t e p c i ft e c o i g t we o r h tr i a y t r e e b lw a kng o o ln o r,a h i n e n n t e h h tt e ari lta d o h b s o s a e tm .A t o Spr s n e a n h ed si sald a e aril t u rc lsmult n mel d i e e td t ta wi d s i l i n t le tt i n e .n me a i a i l h h i o r s lss o wh c mp o e h e e au e fed i e t we n fe tv l r v ns fe zn . e u t h w ih i r v st e tmp r tr l n t o r a d e c ey p e e t r e i g i h i Ke r : Co l g t we y wo ds oi o r;W i s il o r n nd h ed b a d;Nu rc lsmu ai n;Dic ee p s d l me a i l t i o s r t ha e mo e
了塔 内结冰 。
关键 词 : 却塔 ; 风板 ; 值模 拟 ; 冷 挡 数 离散 相模 型
中图分类 号 :K 6 T 24
文献标 志码 : A
文章编 号 :0 9— 20 2 1 )1 O4 0 10 33 (0 1 1 一 O4— 5
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() 3 式中: 、 、 m 分别是控制单元 内气相干球 A 温度和水滴温度 , 水滴表面积, 和水滴 流量 , 为 水滴表面蒸 汽 溶度 , 为 湿空 气 中蒸 汽溶 度 , c h 分别为传质 、 h 传热系数 ,詹 ^ 为淋水蒸发潜热。
池底面、 收水器等边界均为逃逸 , 在冷却塔壳壁面