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电厂冷却塔雨区性能的数值计算研究

作　者: 闫东
导　师: 孙奉仲
学　校: 山东大学
专　业: 热能工程
关键词: 冷却塔 雨区 离散相模型 水滴变形 直径分布
分类号: TM621
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 11次
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内容摘要


自然通风逆流湿式冷却塔作为一种稳定高效的冷端设备,被广泛应用于电厂中,冷却塔的性能对电厂的安全和经济运行有着重要影响,因此对其进行精确的研究计算具有重要意义。CFD技术可以为冷却塔的设计、实验等提供预判及指导,具有较高的经济性和准确性,是冷却塔研究计算的一个重要手段。在冷却塔的雨区中,大量尺寸不一、形态各异的水滴在空气流中下落,所发生的物理现象十分复杂,且水滴的传热传质和通风阻力在整塔中占有较大比重,雨区建模的准确性直接关系着整塔数值计算结果的合理性和可信度。然而,在过去的研究中,由于雨区现象的复杂以及计算方法的局限等,雨区模型往往被过度简化,这势必为整塔计算带来误差。如今随着科学水平的进步,水滴运动中的些规律和现象已有了更为精准的公式成果进行表达,CFD技术的发展也为这些新成果融入雨区计算提供了充分的支撑和条件。为进一步补充完善雨区计算模型,本文借助FLUENT软件平台,建立了冷却塔三维数值计算模型,其中配水区和雨区使用离散相模型,填料区使用自定义标量和源项的形式表达,通过所编写的UDF扩展程序实现三区的参数衔接和传递,完整地还原了塔内气水两相流动的各种物理过程,用实型塔的实测工况数据验证了所建计算模型的准确性。针对以往研究中对雨区所作的两种常见假设,即将水滴视为球体和将水滴视为单一直径,进行了探讨和修正。通过在计算中引入多种水滴下落的阻力系数公式,对比分析了将水滴视为球体和非球体时计算结果的不同,发现将水滴变形因素考虑在内时,冷却塔传热传质及通风阻力的计算结果有较大改观,然后进一步分析了使用不同的水滴当量直径对计算结果的影响,发现使用一个当量直径并不能使所有指标都获得较为理想的计算结果,基于这一点,尝试将FLUENT函数库中提供的两种概率分布函数作为雨区水滴的直径分布形式引入计算,结果表明,使用直径离散分布可以对计算结果起到调节增补作用,比使用单一直径时各项指标的计算结果更为合理。基于以上分析,给出了有关冷却塔数值模拟的合理建议,对今后的研究具有一定的指导意义。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
符号说明  12-13
第1章 绪论  13-21
  1.1 课题背景  13
  1.2 电厂冷却塔概述  13-15
  1.3 冷却塔雨区特性概述及研究现状  15-20
  1.4 本文工作  20-21
第2章 冷却塔基本原理及数值计算模型的理论基础  21-36
  2.1 冷却塔基本原理  21-24
    2.1.1 传热传质基本原理  21-23
    2.1.2 空气动力基本原理  23-24
  2.2 冷却塔三维数值模型的理论基础  24-34
    2.2.1 数值计算模型概述  24-26
    2.2.2 控制微分方程的建立  26-28
    2.2.3 传热传质和阻力模型  28-34
  2.3 本章小结  34-36
第3章 冷却塔计算模型的建立及验证  36-49
  3.1 验证模型的建立及工况计算  36-43
    3.1.1 塔型参数及工况数据  36-37
    3.1.2 建模及网格独立性分析  37-38
    3.1.3 边界条件及计算方法  38-41
    3.1.4 海水特性对冷却效果的影响  41-42
    3.1.5 计算结果验证  42-43
  3.2 研究模型的建立及工况计算  43-47
    3.2.1 建模及边界条件  43-44
    3.2.2 计算结果分析  44-47
  3.3 本章小结  47-49
第4章 雨区水滴变形对计算结果的影响  49-61
  4.1 离散相模型阻力计算概述  49-50
  4.2 阻力系数公式的选取  50-56
    4.2.1 球体阻力系数公式  50-52
    4.2.2 非球体阻力系数公式  52-54
    4.2.3 各阻系公式CD值比较  54-56
  4.3 计算结果对比分析  56-59
    4.3.1 循环水温降  56-57
    4.3.2 循环水蒸发量  57-58
    4.3.3 压降及其他指标  58-59
  4.4 本章小结  59-61
第5章 雨区水滴直径对计算结果的影响  61-72
  5.1 雨区单一直径时的计算结果分析  61-66
    5.1.1 循环水温降  61-62
    5.1.2 循环水蒸发量  62-63
    5.1.3 各区压降  63-64
    5.1.4 通风量及水滴相关指标  64-66
  5.2 雨区直径离散分布时的计算结果分析  66-70
    5.2.1 均匀概率直径分布时的计算结果分析  66-68
    5.2.2 高斯概率直径分布时的计算结果分析  68-70
  5.3 本章小结  70-72
第6章 全文总结及建议  72-75
  6.1 本文结论  72-73
  6.2 本文创新点  73-74
  6.3 未来研究建议  74-75
附录 冷却塔DPM计算模型UDF程序摘录  75-76
  UDM前期检查程序  75
  Turton球体阻力系数公式定义程序  75-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间的主要成果  80-81
学位论文评阅及答辩情况表  81

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 发电厂 > 火力发电厂、热电站
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