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直接空冷凝汽器侧风下流动和换热特性的数值模拟

作　者: 戴振会
导　师: 孙奉仲
学　校: 山东大学
专　业: 热能工程
关键词: 直接空冷凝汽器数值模拟环境风场流动特性换热效率
分类号: TM621
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 222次
引　用: 2次
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内容摘要

为缓解电力供求紧张和水资源稀缺的矛盾,直接空冷系统以其显著的节水效果被世界各国尤以富煤缺水地区普遍采用。直接空冷系统的冷却介质来源于周围空气,其空冷凝汽器在室外露天布置,而且有轴流风机强制通风,所以空冷系统周围空气的流动状态必然会对其换热能力和正常运行有很大影响。直接空冷凝汽器的流动特性直接影响散热器的换热特性及整个凝汽器的效率。因此,研究直接空冷凝汽器的流动及换热特性对空冷凝汽器的设计和优化至关重要。直接空冷凝汽器的换热性能受环境因素影响很大,尤其是环境侧风导致的热风回流,使凝汽器内的真空度显著下降,运行效率下降,影响机组的安全经济运行。由于北方夏季是多风季节,风速时大时小,因此获知不同环境风场对空冷凝汽器换热特性的影响是非常必要的。这将有助于技术人员及时了解和预测空冷系统运行效率受不同来风的影响程度,以便采取有效的应对措施。目前关于直接空冷系统的研究大多仅分析风机吸入空气流量或换热效率以反映环境侧风对空冷单元或空冷平台运行性能的影响,很少进行压力场的定量分析,从而缺少对环境风场影响机理的基础性研究。不少研究人员定性地分析了热风回流发生的原因及其对空冷机组的影响,关于侧风影响的关键部位以及同一单元两侧散热管束性能的差异却鲜有人关注。因此,本文以直接空冷电厂为研究对象,利用数值模拟方法建立了空冷凝汽器单元和全场的计算模型,从空冷单元基础结构和环境风场的作用特点出发,分析直接空冷凝汽器流动和换热性能随环境风场的变化规律；定量地研究空冷凝汽器压力通风阻力、风机吸入量及换热效率与环境风速、风向的关系、研究热风回流产生的确切机理、较准确地定位换热恶化的部位,藉此找到一些更有效的防范措施。本文研究结果表明,不同方向和速度的环境风场对直接空冷凝汽器的流动和换热性能产生不同程度的影响。环境侧风对直接空冷凝汽器影响机理的研究、换热恶化区域的准确定位为采取有效的防风措施指明了方向。通过现场实测数据验证了数值模型的准确性和可用性,所做工作为直接空冷电厂的优化设计和空冷机组的经济安全运行提供理论支持和数值参考。

全文目录

摘要  11-12
ABSTRACT  12-14
符号说明  14-16
第1章绪论  16-26
  1.1 课题研究背景  16-17
  1.2 国内外直接空冷机组发展现状  17-19
    1.2.1 国外直接空冷机组的发展历程  17-18
    1.2.2 我国直接空冷机组的发展历程  18-19
  1.3 直接空冷系统流动及换热特性研究  19-24
    1.3.1 空冷凝汽器空气侧流动特性研究现状  19-21
    1.3.2 直接空冷凝汽器流动和换热特性的数值研究  21-24
  1.4 本课题的研究任务  24-26
第2章直接空冷系统数值计算基本理论  26-35
  2.1 直接空冷系统的传热理论  26-27
    2.1.1 直接空冷凝汽器的换热特点  26
    2.1.2 直接空冷凝汽器的基本传热方程  26-27
    2.1.3 直接空冷凝汽器的变工况计算  27
  2.2 CFD数值模拟理论  27-29
    2.2.1 数值模拟介绍  27-29
    2.2.2 FLUENT简单介绍  29
  2.3 热交换模型  29-33
    2.3.1 热交换模块  29-30
    2.3.2 多孔介质模型  30-31
    2.3.3 散热器模型  31-32
    2.3.4 变温换热模型  32-33
  2.4 风机模型  33-35
第3章直接空冷凝汽器单元流动和换热特性的数值模拟  35-53
  3.1 引言  35
  3.2 直接空冷单元的几何建模和网格划分  35-36
  3.3 直接空冷单元的数值建模  36-39
    3.3.1 控制方程  36-38
    3.3.2 边界条件  38-39
    3.3.3 计算方法的选择  39
  3.4 模拟方案  39-40
  3.5 直接空冷凝汽器单元计算结果分析  40-51
    3.5.1 数值模型的实验验证  40
    3.5.2 X方向平台上部风场对单元流动和换热性能的影响  40-43
    3.5.3 X方向平台底部风场对单元流动和换热性能的影响  43-46
    3.5.4 X方向环境风场对单元流动和换热性能的综合影响  46-49
    3.5.5 Y方向环境风场对单元流动和换热性能的影响  49-51
  3.6 本章小结  51-53
第4章直接空冷凝汽器全场流动和换热特性的数值模拟  53-73
  4.1 引言  53
  4.2 直接空冷平台的计算模型  53-55
    4.2.1 直接空冷平台的几何建模和网格划分  53-55
    4.2.2 边界条件  55
  4.3 直接空冷凝汽器全场计算结果分析  55-71
    4.3.1 X方向环境风场对空冷凝汽器全场运行性能的影响  56-64
    4.3.2 Y方向环境风场对空冷凝汽器全场运行性能的影响  64-71
  4.3 本章小结  71-73
第5章侧风对直接空冷凝汽器性能影响机理的研究  73-81
  5.1 引言  73
  5.2 影响空冷凝汽器性能的关键因素分析  73-74
    5.2.1 冷却空气的质量流量  73
    5.2.2 压力通风系统的阻力特性  73-74
  5.3 侧风对空冷凝汽器的影响机理  74-77
    5.3.1 环境风场对压力通风系统阻力特性的影响  75
    5.3.2 环境风场对风机吸风量的影响  75-76
    5.3.3 环境风场对风机入口风温的影响  76-77
  5.4 可行的防风措施  77-80
  5.5 本章小结  80-81
第6章全文总结与建议  81-83
  6.1 主要结论  81-82
  6.2 论文创新点  82
  6.3 未来研究展望与建议  82-83
参考文献  83-88
致谢  88-89
攻读硕士学位期间主要成果  89-90
学位论文评阅及答辩情况表  90

直接空冷凝汽器侧风下流动和换热特性的数值模拟

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