鼓风式机械通风冷却塔空气动力特性数值模拟研究

鼓风式机械通风冷却塔常用于核电厂的重要厂用水系统,但目前的相关设计规范并没有给出冷却塔的空气动力特性计算公式。该文采用Fluent软件对鼓风式机械通风冷却塔的空气动力进行了数值模拟计算,对冷却塔的设计布置进行了优化,分析总结给出了冷却塔阻力计算公式。结果表明:填料安装高度对鼓风式机械通风冷却塔整塔阻力影响不大,但会影响填料断面风速分布均匀性,填料安装高度越低,风速分布越均匀;出口收缩段的高度越高,整塔阻力越小,风速分布越均匀;出口收缩段与水平的夹角越大,整塔阻力系数越小,但变化趋势不明显,收缩角基本不影响填料断面风速分布均匀性。     

核电厂重要厂用水系统鼓风式机械通风冷却塔优化研究

核电厂的重要厂用水系统通常采用鼓风式机械通风冷却塔,而鼓风式机械通风冷却塔的相关研究比较少,对塔内的空气动力特性不太了解.本文通过物理模型试验的方法对其空气动力特性进行研究并对塔型进行优化,研究表明：塔的总阻力系数随塔出口收缩段高度的增大而增大,随收缩段与水平夹角α的减小而减小,随填料安装高度的减小而减小;填料断面风速分布均布系数基本不受收缩段高度的影响,其随α的减小而增大,随填料安装高度的减小而减小.     

新型鼓风式机械通风冷却塔进风口阻力优化

鼓风式机械通风冷却塔常应用于核电厂重要厂用水系统,为了提高其安全性,提出了一种新型鼓风式冷却塔,但由于结构复杂,其阻力特性不同于常规的鼓风式机械通风冷却塔。针对新型鼓风式机械通风冷却塔的阻力问题,通过三维模型研究了塔内阻力构成,进而确定进风口的优化方案。结果表明,初始方案冷却塔的各部分阻力中,从进风口防飞射物的过滤网至风机外罩入口的阻力最大(约占32.7%)。优化方案在满足防飞射物入侵的前提下,通过调节进风口相关尺寸,使塔入口至网面的阻力系数占比降低了4.8%,网面至风机入口的阻力系数占比降低了1.8%。     

超大型高位集水冷却塔的三维数值模拟研究

高位集水冷却塔具有高效、节能、低噪等优势,在火、核电厂中具有较好的应用业绩。本文采用CFD数值模拟的手段,对某超大型高位集水冷却塔的热力特性以及空气动力特性进行了数值模拟研究。计算结果表明:集水装置的增加对冷却塔形成阻力,但其增加程度要明显小于雨区阻力的减小量;在相同条件下,与常规塔相比,高位集水冷却塔的通风量较大;高位集水冷却塔的冷却性能优于常规塔。     

排烟冷却塔的一维设计计算方法

利用冷却塔排放烟气,须在冷却塔内增加排烟管道,且在填料断面又增加了烟气流量.冷却塔工艺设计如何进行计算,是冷却塔设计遇到的一个新问题.本文在分析了排烟塔气流特性的基础上,参照类似气流阻力的研究结果结合自然塔的热力计算方法,给出了排烟冷却塔的热力阻力一维计算方法,计算与分析结果表明,计算具有一定的精度,可供设计参考.     

核电机组冷却塔配置与塔型优化探讨

核电机组的循环冷却水量巨大,冷却塔塔型基本选用逆流式自然通风冷却塔,冷却塔配置一般按1机1塔和1机2塔,而塔型优化牵涉因素较多,应根据塔型的比例关系拟定多组塔型参数,并对不同塔型进行热力、阻力计算,分析各种塔型参数对运行费用的影响,提出合理的进风口高度、淋水密度、淋水填料布置高度;对核电机组冷却塔配置与塔型优化的技术路线进行了探讨,并在此基础上进行了核电冷却塔配置的优选试算。     

填料支承方式对冷却塔面积的影响分析

针对冷却塔悬吊式和搁置式两种填料支承方式,会导致淋水填料层有效通风面积和通风阻力有所不同,在冷却塔总体热力性能相当的条件下,探讨了其对冷却塔淋水层面积(冷却塔面积)的影响。以某1 000MW机组电站为例,对两种填料支承方式进行对比分析,为冷却塔填料的支承方式选择提供借鉴和参考。     

冷却塔雨区阻力特性研究

冷却塔雨区的阻力特性一直以来都是冷却塔研究的难点问题,本文建立雨区横流模拟试验装置,进行不同雨区高度、雨区深度、淋水密度以及断面风速模拟试验,测试雨区阻力。试验结果分析表明:单位长度雨区阻力系数随雨区高度的增加而增大,随雨区深度的增加而减小,随断面风速的增加而减小,随淋水密度的增加而增大。本文试验成果同时是对现有雨区阻力性能理论的补充和扩展,为超大型冷却塔的设计计算提供技术支持。     

机械通风冷却塔塔群布置优化数值模拟研究

冷却塔回流和干扰将影响冷却塔的热力特性。本文利用流体计算软件 FLUENT 建立了单塔及塔群不同布置方式的三维数值模型。通过计算,得出了无自然风情况下,单塔不同塔型自身回流率的变化;有自然风时,不同风速风向对冷却塔回流率的影响;冷却塔单排布置时,不同风速风向及塔排长度对塔群平均回流率的影响;冷却塔多排布置时,不同风速风向及塔排间距对塔群回流率及塔排间的干扰的影响。结果可为工程设计提供参考。     

基于焓差法的湿式冷却塔三维热力计算及进风口高度优化研究

自然通风逆流湿式冷却塔内存在呈三维状态的气水两相流传质传热过程。根据填料和雨区的热力阻力试验数据,以传统一维焓差法为基础,介绍了控制蒸发和阻力的用户自定义函数,并嵌入Fluent软件的离散相模型,使之与国内冷却塔的设计标准和测试数据对接,建立起与现行设计方法接轨的三维数值计算模型。模型涵盖了外界自然风、塔壳体、喷头、填料、雨区和集水池等影响因素,提供多种矢量场和标量场计算结果,并与某12 000 m2投产冷却塔进行比较分析,出塔水温计算值与实测验收值基本一致。基于该方法,对某大型核电冷却塔进行了三维数值计算,结合经济性、流场均匀性、结构安全性和运行可靠性等因素给出了最优的进风口高度。     

冷却塔的一个新的热力计算方法－用一维方法作二维计算

本文在对冷却塔雨区热力特性研究的基础上, 进行了逆流式自然通风冷却塔的轴对称二维热力计算, 计算了进风口高度、淋水分布等几个参数变化对冷却水温的影响, 并给出了在均匀布水的条件下, 用简单的一维计算替代复杂的轴对称二维计算的方法, 为设计提供了一个既简单又精确的计算方法. 计算水温和工业塔实测结果非常一致.     

水电站进水塔启闭机房排架振动特性

理论和震害均表明水电站进水塔顶部的启闭机房排架由于鞭梢效应更容易遭受地震破坏。分析塔式进水塔主要受力特点,将进水塔和其上的启闭机房排架简化为两种分布参数梁模型,采用解析方法推导和求解其频率方程。统计启闭机房排架与塔体高度范围,根据抗弯刚度相等原则将塔上启闭机房排架柱等效为单截面空腹柱,分析不同上下高度比和刚度、质量比情况下6种模型振型振动幅值比和频率分布情况,得到相互之间影响规律。分析表明上部高度对结构一阶振型幅值比影响较大,而刚度比影响较小,但刚度比对高阶振型幅值比影响显著。经过与数值分析对比,解析结果求得的结构振型和频率与数值结果较为一致,验证上述过程的正确性,表明本文方法对此类结构基本振型求解简单有效。     

核电大型冷却塔进风口高度的经济性分析

冷却塔进风口高度是循环冷却水系统优化计算和冷却塔塔体优化所共同关注的问题,它关系到塔内空气流场分布和空气阻力计算,影响塔内气水换热效果,对循环冷却水系统及核电机组运行的经济性产生重要影响。通过对填料类型、电价、冷却塔造价、年固定分摊率及厂址气象条件等主要影响因素变化时年费用变化的分析,得出核电大型冷却塔进风口高度设置的最优区间,提出进风口面积与淋水面积比的推荐值应为0.3～0.35,并建议相关的国家规范条文予以修改。     

NUMERICAL SIMULATION OF FLOW FIELDS IN A NATURAL DRAFT WET-COOLING TOWER

The flow field in the hyperbolic natural draft wet-cooling tower, which has great effects on the economy and security of power plant, was studied through numerical simulation. The mathematical model was established and analyzed in order to optimize the cooling-tower and to evaluate its efficiency. Various working conditions were considered and compared with each other, such as the circulating water flux, air temperature and tower resistance. It is concluded that when the cooling-tower runs without wind, there is a vacuum region inside the tower and the pressure rises with the increase of the tower height. Meanwhile, the inner flow field is axisymmetrical. The air velocity achieves its climax at the axis. It is also found that the effect of circulating water temperature is equivalent to that of the water flux.     

THREE-DIMENSIONAL REGULARITIES OF DISTRIBUTION OF AIR-INLET CHARACTERISTIC VELOCITY IN NATURAL-DRAFT WET COOLING TOWER

A model for heat and mass transfer in a natural-draft wet cooling tower was established. Numerical simulation with the κ-ε turbulent model was conducted. Distribution rules of air inlet aerodynamic field were studied. Field experiments were done in a cooling tower in power plant, and the test data was compared with the related results. The definition of characteristic air velocity was proposed and its influencing factors, such as the cross-wind velocity and circumferential angle, were quantitatively studied. It can be used to evaluate the performance of cooling tower and to calculate the ventilation quantity and resistance of air inlet. It is also a theoretical basis for cooling tower design and performance optimization.     

塔基建设对蓄滞洪区洪水演进影响评价——以蒙西—天津南输变电工程为例

为研究特高压输电线路的塔基建设对蓄滞洪区洪水演进的影响,以一、二维非恒定流方程为基础,建立了一维河道嵌套于二维大清河系蓄滞区的洪水演进数学模型。应用该模型模拟了工程建设前后的洪水淹没过程,同时对塔基所在网格按照工程建设前后的12个方案进行局部加密计算。结果表明:计算结果与实测洪水资料的洪水到达时间、峰现时间相差在1%以内,表明模型可靠;工程建设前后的洪水演进过程、淹没范围、最大水深分布、流场分布基本相同;塔基建设对水位影响不大,产生的最大壅水为0. 022 m,但是对局部流速影响较大,最大减少0. 545 6 m/s,占建设前流速的56%,造成冲刷深度达1. 3 m;塔基建设对200年一遇洪水的流速减小量是100年一遇洪水的2. 5倍,圆-方柱塔基对局部水流形态的影响是圆柱式的2倍。研究成果可为评价塔基建设对蓄滞洪区的防洪影响提供参考。     

高耸进水塔塔后回填高度对其抗震性能的影响

针对高耸进水塔塔后回填高度的选取问题,规范未给出通用的取值范围,在计算分析时一般只考虑塔后回填对塔体应力的影响,对塔后回填与基岩交接处的应力涉及较少。在保证进水塔稳定的条件下,采用ANSYS有限元分析理论,建立进水塔三维有限元模型,选用反应谱法计算了进水塔在地震作用下的动力响应,对比分析了不同塔后回填高度对进水塔结构自振频率、位移、塔体应力、回填与基岩交接处应力的影响程度。结果表明:塔后回填高度在一定范围内时,塔后回填能够有效提高塔体的自振频率,改善塔体的位移及应力,塔后回填混凝土与基岩交界面处的应力值有小幅度的增大;当塔后回填高度超过一定值时,回填高度的增加对塔体的自振频率、位移、应力的改善逐渐减弱,塔后回填混凝土与基岩交界面处的应力出现突增。综合分析得出此类进水塔合理的回填高度约为0. 64倍塔高。     

基于速度势法的水电站进水塔弯曲自由振动解析解

介绍了基于速度势解析算法求解水电站进水塔在水中弯曲自由振动的方法。分析进水塔的主要受力特点,为引入流体速度势解析算法对结构进行简化和假设。以分布参数梁体系推导得到无水时进水塔弯曲自由振动频率方程,根据速度势拉普拉斯方程确定了所求解问题的边界条件,通过内外水压力表达式建立进水塔的弯曲自由振动方程。推导振动方程得到频率方程,经过数学软件编程求解,最终可得到结构振型和频率。推导过程表明流体速度势法是将水体转化成与塔体振型相关的质量附加于结构,从而影响结构的振动。与数值方法对比和探讨,分析了两者异同,提出本文方法适用范围。结果表明,本文解法可以引入内外含水矩形横截面进水塔的弯曲自由振动问题的求解,为下一步进水塔地震响应分析提供一种新的思路。