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基于空气动力场的逆流湿式冷却塔填料优化布置

作　者: 高福东
导　师: 孙奉仲
学　校: 山东大学
专　业: 热能工程
关键词: 冷却塔填料空气动力场优化
分类号: TM621
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 277次
引　用: 4次
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内容摘要

冷却水的冷却过程是电力生产中一个十分重要的过程,研究冷却水的温降措施具有很重要的意义。在电厂中,凝汽器的低温状态是由冷却水循环来保证的。冷却塔性能的好坏在很大程度上影响电厂的经济性和稳定性。淋水填料作为冷却塔传热传质的“心脏部位”,其性能的好坏直接影响着冷却塔效率的高低。本文以双曲型逆流式湿式自然通风冷却塔为典型的研究对象,在三维坐标空间的基础上对冷却塔内外空气动力场,塔内淋水运动,塔内气、水之间的热质交换,以及塔内气、水阻力建立控制方程,并采用κ-ε湍流模型对控制方程进行湍流封闭,采用了“热态模型”。数值计算运用了流体动力计算软件(CFD),对计算区域采用六面体网格,用有限体积法构造差分格式,并运用SIMPLE方法对冷却塔内流场和温度场进行数值模拟。计算结果显示,本文所建立的逆流湿式自然通风冷却塔塔内空气流动和热质传递的数学物理模型和计算方法是可行的、可靠的。通过对计算结果的分析发现,塔内水平布置的填料出口的大部分区域,空气的焓值、含湿量跟以水温为准的饱和值相比,还有明显的差值,也就是说,在填料径向的很大区域内,填料的冷却能力并没有充分的发挥。所以本文提出填料布置空间优化的概念,依此概念为基础,对冷却塔填料进行改造。基于数值计算的结果,提出两种填料空间优化布置的方案:4#填料和5#填料。填料空间优化布置后的冷却塔总温降有所增加,计算结果显示:4#填料冷却塔的总温降比改造前增加了0.639K,5#填料冷却塔的总温降比改造前增加了0.455K。而且改造后,填料区温降在总温降中所占的比重也有所增加。通过数值计算分析侧风对冷却塔运行的影响,侧风使冷却塔的冷却效果变差得主要原因是:第一,侧风破坏了冷却塔进风口处的进风均匀性,在塔的背风面处催生气流漩涡,从而减少了背风面处的进风,而且风速过大时还会出现穿堂风;第二,由于侧风的影响,填料底部进风面的空气流结构会出现变化,产生多个气流高温区,这样就使得填料下表面的空气温度增加,造成填料区热质传递的减少,而最终使水滴温度升高。改造后的填料在侧风的影响下,传热性能也会有所降低,其变化趋势与水平填料相似。通过室内模拟塔试验台,本文对数值模拟的结果进行试验验证,用密度傅式数相等作为动力相似准则。试验结果表明,改造后的填料的冷却效果要好于原填料,这与数值计算的结果一致。而且,随着淋水量的增大,冷却塔的温差逐渐变小。改造后的填料和水平填料在冷却效果方面,受侧风的影响是类似的,这说明改造后的填料并不会因为侧风而改变其有效性。本课题的研究成果对冷却塔的全面优化设计和改善冷却塔的冷却性能提供了理论依据。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
符号表  11-12
1、前言  12-26
  1.1 冷却塔概述  12-14
  1.2 冷却塔性能研究的必要性  14-15
  1.3 冷却塔填料的发展  15-19
    1.3.1 材料分析  15-16
    1.3.2 形状分析  16-19
  1.4 国内外研究现状  19-24
  1.5 本文的工作  24-26
2、填料区域内影响传热传质的因素  26-38
  2.1 填料结构因素分析  27-32
    2.1.1 折波型  28-29
    2.1.2 斜波型  29
    2.1.3 复合波型(ANCS型)  29-30
    2.1.4 塑料淋水填料的冷却性能  30-32
  2.2 设计因素分析  32-34
  2.3 外界因素分析  34-38
    2.3.1 湿球温度对散质系数的影响  35-36
    2.3.2 进水温度对散质系数的影响  36-38
3、数学模型及数值计算  38-60
  3.1 气流场控制方程  38-43
    3.1.1 基本假设  39
    3.1.2 基本方程  39-42
    3.1.3 边界条件  42-43
  3.2 水运动控制方程  43-44
    3.2.1 水量守恒方程  44
    3.2.2 能量方程  44
  3.3 阻力模型  44-47
    3.3.1 综合计算法  45-46
    3.3.2 分部计算法  46-47
  3.4 数值计算方法  47-53
    3.4.1 计算区域和网格划分  47-49
    3.4.2 控制方程的离散  49-51
    3.4.3 压力和速度的修正  51-52
    3.4.4 SIMPLE算法  52
    3.4.5 迭代计算的控制  52-53
  3.5 计算模型  53-60
    3.5.1 计算模型相关数据  53-55
    3.5.2 模型计算结果  55-60
4、冷却塔填料三维空间的优化布置  60-80
  4.1 计算结果的分析  60-62
    4.1.1 空气速度的分布  60-61
    4.1.2 空气的温度和焓值  61-62
  4.2 填料空间优化的方法  62-64
    4.2.1 填料优化的依据  62-63
    4.2.2 填料的具体优化  63-64
  4.3 填料空间优化的结果  64-73
  4.4 侧风对冷却塔性能的影响  73-80
5、填料优化试验研究  80-88
  5.1 模型塔试验简介  80-81
  5.2 试验中的相似准则  81-82
  5.3 试验内容  82-88
    5.3.1 试验工况  83
    5.3.2 试验结果分析  83-88
6、结论  88-90
参考文献  90-94
致谢  94-95
学位论文评阅及答辩情况表  95-96
攻读学位期间发表的学术论文  96

基于空气动力场的逆流湿式冷却塔填料优化布置

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