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鼓風式機械通風冷卻塔空氣動力特性數值模擬研究

發布日期:2017-04-19   點擊數: 1119
隨著我國內陸核電事業的興起和發展,鼓風式機械通風冷卻塔將會越來越多的被用于核電廠重要廠用水系統以滿足其設備安全性及抗震性的要求。鼓風式機械通風冷卻塔不僅在通風方式上有別于常規的抽風式機械通風冷卻塔,在塔型結構布置上也有明顯的差異。冷卻塔的塔型結構不同,其空氣動力特性也就不同,而冷卻塔的空氣動力特性與換熱性能密切相關。國內外學者對自然通風冷卻塔及抽風式冷卻塔的塔內外流動特性、塔型及阻力特性等進行了大量的模擬計算和試驗研究,而對于核電重要廠用水系統所配套的鼓風式機械通風冷卻塔的空氣動力特性的研究卻很少。因此研究鼓風式機械通風冷卻塔的空氣動力特性,具有重要的理論意義和工程實用價值。本文以鼓風式機械通風冷卻塔為研究對象,建立了鼓風式機械通風冷卻塔塔內外的三維數值模型,并用Fluent軟件對其空氣動力特性進行了數值模擬計算,其中填料區采用多孔介質模型來模擬,風機采用風扇模型來模擬。通過計算,得到了不同塔型條件(冷卻塔出口收縮段高度位置、出口收縮角大小、填料底高度)和不同填料阻力條件下冷卻塔塔內的速度分布及壓力分布等,并在此基礎上研究了塔內各部件與整塔的阻力系數以及填料上、下斷面風速分布的變化規律。研究表明:(1)冷卻塔出口收縮段高度位置影響冷卻塔的阻力,隨位置增高阻力減小并逐漸趨于穩定;收縮段高度位置不影響填料下斷面風速分布均勻性,但影響填料上斷面風速分布的均勻性,位置越高風速分布越均勻;當出口收縮段相對高度HC/HC0在0.96-1.05之間時即能保證塔內阻力系數較小又能保證填料斷面風速分布相對均勻,空氣動力特性達到最優。(2)冷卻塔出口收縮角越大冷卻塔的阻力越小,但填料上風速分布均勻性越差,而填料下風速分布均勻性不受收縮角的影響。當相對收縮角HC0/HG在0.93-1.05之間時即能保證塔內阻力系數較小又能保證填料斷面風速分布相對均勻,空氣動力特性達到最優。(3)填料底高度的位置不影響冷卻塔的阻力及填料上風速分布均勻性,但影響填料下風速分布均勻性,填料底位置越高離冷卻塔進風口越遠,風速分布均勻性越好,但水泵揚程也就越高。綜合考慮,認為填料底的高度距進風口上沿約1.50m比較合適。(4)不同填料阻力系數時,冷卻塔阻力和填料斷面風速分布均勻性的變化規律一致,但是填料阻力系數越小,冷卻塔阻力越小,風速分布均勻性也越差。進一步分析計算結果獲得了鼓風式機械通風冷卻塔各部件阻力系數的計算公式,采用各部件相加求和的方法求得了鼓風式機械通風冷卻塔的總阻力計算公式,完成了空氣動力計算的目的,從而為鼓風式機械通風冷卻塔的熱力計算做好了準備。綜上,本文通過數值模擬計算對鼓風式機械通風冷卻塔的空氣動力特性進行了深入細致的研究,闡述了鼓風式機械通風冷卻塔塔內阻力及填料斷面風速分布隨塔型條件及填料阻力系數的變化而變化的規律,對鼓風式機械通風冷卻塔的塔型進行了優化研究,并給出了鼓風式機械通風冷卻塔的空氣動力計算公式,可為鼓風式機械通風冷卻塔應用于核電廠重要廠用水系統提供有效的技術支持。

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