间接空冷系统空气动力特性试验研究

间接空冷塔空气动力特性试验研究

黄春花1 赵顺安1 冯 璟2 刘志刚2

(1.中国水利水电科学研究院，2. 中国电力顾问集团华北电力设计院工程有限公司)

摘要：散热器及其与空冷塔组合后的整体阻力特性是影响间接空冷系统空气动力特性的重要因素，直接影响空冷系统的换热效率，而国内外对此尚无研究，也没有统一的阻力计算公式。本文通过建立空冷散热器垂直布置于空冷塔塔外的物理试验模型，对散热器与空冷塔组合后的整体阻力特性进行了研究，并给出了其阻力系数经验计算公式，为空冷系统的工艺设计提供参考。 关键词：模型试验；间接空冷；散热器；阻力特性

1 引 言

空冷系统由于其强节水性在我国三北地区备受青睐，其节水可达97%以上，全厂节水达65%。空冷散热器和空冷塔是空冷系统的重要组成部件，其阻力特性将直接影响空冷系统的换热效率，研究

[3]

表明当塔的损失超过1个出口动能时，冷却水的温度将升高1.0℃。

我国对空冷系统性能的研究目前主要集中在自然风的影响、防治以及空冷塔的布置间距等，这

些研究以fluent 数值模拟计算方法为主，而对散热器及其与空冷塔组合后的整体阻力特性并没有专门的研究，也没有统一的阻力计算公式；国外研究中南非电力委员会曾对空冷系统各个组成部分的分项阻力系数[1]

进行了试验研究，给出了散热器进口、出口、内部射流、空冷塔支撑柱以及转角等各个部件的阻力系数的经验计算公式，总阻力系数则由各个分项值相加而成，显然这种阻力计算方法忽略了系统中各部件的相互干扰，因而带来相应的误差。本文以某660MW 机组工程为例，通过模型试验方法，研究进了将散热器垂直布置于塔外的整塔阻力特性，总结出总阻力系数的计算公式，可为工程设计提供参考。

2 模型设计

2.1 模型系统设计

模型设计中，要保证模型与原型的相似，首先要求几何相似；其次要满足气流运动和动力的相似。就本试验而言，相似准则满足下式：

1)()(==r u r e E R （1）

式中：e R 为雷诺数，

υVL ；u E 为欧拉数，2V

p

ρ∆；r ) (表示原型与模型值比；V 为塔内填料断面平均气流速度，m/s ；L 为塔的特征尺寸，取填料断面长度，m ；p ∆为压力差，Pa ；ρ为空气密度，kg/m 3

； υ为气流运动粘性系数，m 2

/s 。

式（1）所表述的是雷诺和欧拉相似准则，还可写成准则方程)(R e f E u =。

2 雷诺准则是对流态起决定性作用的因素，但这种决定性作用在一定条件下将消失，因为当模型塔内气流的 Re 数超过某一临界值后，其流态、流速分布皆与原型相似，而与Re 数无关，即流体流动进入“阻力平方区”亦称“自模区”，模型在“自模区”内自行满足欧拉准则。因此，试验中要满足气流运动相似，须使气流在“自模区”。综合考虑各项影响因素，模型试验比尺取为Lr ＝100，制作整体正态模型，模型试验装置示意图如图1所示。空冷塔塔体采用无色透明有机玻璃制作，塔型型

图1 模型试验装置示意图

2.2 测量参数及整理方法

试验主要测试参数包括大气干湿球温度、大气压、不同断面全压以及风速等，其中风速与压力的测量采用热线风速仪配合L 型毕托管,气温采用铂电阻温度计来测量；风机的风量由变频调速器来控制。喉部断面处风速和全压的测量按照等面环的方法来测取，测试中在喉部设置8个等面积环，测取各个测点上的风速V i 和全压P i ，则通风量及喉部全压为：

∑=⨯⨯=8

1)81

(i i V A Q （2）

))8

1

((181∑=⨯⨯⨯=i i i P V A Q P （3）

式中：A ——喉部断面面积，m 2；V i ——等环面测点风速，m/s ；P i ——等环面测点全压，Pa ；Q ——喉部断面通风量，m 3/s ；P ——从进口至喉部的全压，Pa 。

阻力系数公式的整理以散热器迎面风速为基准来进行，散热器和空冷塔组成的整体的阻力系数由两部分组成，即：进口至喉部断面的阻力系数h ξ和塔出口阻力系数o ξ，计算方法如下：

2

05.0y h V P

P ρξ-=

（4）

3

2)/(o y o A A =ξ （5） o h n ξξξ+= （6） 式中：P 0——塔外大气压力，可设为0；ρ——空气密度，kg/m 3；V y ——迎面风速，y

y A Q V =

，m/s ；A y ——迎风面面积，m 2； A o ——塔出口面积，m 2；o ξ——塔出口阻力系数；h ξ——至喉部阻力系数；n ξ——整塔阻力系数。

3 试验结果

3.1 工程概况

试验研究是以A 电厂的空冷塔为原型，该电厂装机容量2×660MW ，按照1机1塔设置，设计气温14.6℃，汽轮机设计背压为12.5 kPa ，循环水冷却采用表面式凝汽器间接空冷系统。

散热器垂直布置在空冷塔进风口外侧，其设计高度为25m ，散热片的设计阻力系数为20，为了在工程中能够广泛地应用试验研究的成果，模型制作时，按照原体散热器高度分别为20m 、25m 和30m ，散热片阻力系数分别为15、20、33来进行。试验中是用多孔板按照等效阻力的方法来设计散热片，由多孔板组合成多孔三角模拟实际的散热三角进行试验研究。 3.2 试验工况

试验研究按照3种散热器高度、3种散热片阻力系数和4种通风量组合进行，具体研究工况见表1。试验时在多孔三角内外测取静压，通过计算获得多孔三角的阻力系数；在塔筒喉部测量风量和全压，以便计算从进口至喉部的阻力系数。

表1 试验工况

3.3 实测多孔三角的阻力系数

试验中中，通过测取多孔三角的内、外静压，加上测点处的动压，来计算多孔三角的阻力系数。多孔板阻力系数的设计是以迎面风速为基准的，因此下文中阻力系数的整理均以迎面风速为准，多孔三角阻力系数与迎面风速的关系见图1。

（a）原体散热器高20m

(b)原体散热器高25m

(c)原体散热器高30m

图1 多孔三角阻力系数与迎面风速关系图

由图1可以看出，迎面气流速度达到某一临界值后，气流运动达到阻力平方区，多孔三角的阻力系数均趋于稳定，稳定后的阻力系数值见表2。

表2 多孔三角实测阻力系数

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