直接空冷式翅片管及空冷凝汽器单元流动与换热的数值研究

论文摘要

本文针对电厂直接空冷系统中所采用的三种翅片管换热器进行数值模拟,得到了不同迎面风速下的流场及温度场分布,分析其空气侧的流动及换热特性,并进行了横向的比较研究。同时,还对空冷凝汽器单元进行了数值模拟研究,分析不同环境温度、环境风速等参数对其换热及流动的影响。对于各种形式的翅片管换热器,随着迎面风速的增加,空气侧对流换热系数及流动阻力均有所增加。针对蛇形单排管翅片换热器,采用i/s评价准则,研究了翅片间距对其空气侧流动及换热的影响,结果表明:当翅片间距为2.1mm时,翅片整体性能最优。对翅片表面带有扰流孔的矩形双排管翅片换热器进行数值模拟后发现,随着迎面风速的增大,相对于前排翅片,后排翅片表面边缘温度的下降更为明显,即意味着翅片效率得到了更大程度的提高;扰流孔的存在对边界层的破坏、流动的扰动作用明显,起到了强化换热的作用,但是对于椭圆管尾部的回流区,影响不大。研究了三排管翅片换热器在不同迎面风速下的传热与阻力性能变化,并横向比较了不同形式管束的流动阻力性能,得出了三排管管束的传热系数与流动阻力相对较小的结论,该结论与文献[3]中所述基本吻合。由于建立与实际完全一致的单排管与双排管模型存在较大难度,因此,结果不能完全精确地反映其换热与阻力性能,还需要进行更进一步的研究,从现有结果及其趋势上分析,单排管管束的流动及换热性能优于双排管管束。在现有的研究基础上,合理简化空冷凝汽器单元模型,引入多孔介质概念来代替实际的翅片管束,采用热交换模块模拟空冷单元内部换热,分析不同环境参数对空冷单元流动和换热的影响。结果显示,随着环境风速的增加,空冷单元散热量及风机流量都明显减小;随着环境温度的增加,风机轴功率减小,输送空气能力下降,空冷凝汽器单元散热量减小。本文的研究结果对翅片管的设计及优化、空冷岛与电厂的整体模拟都具有重要意义,为翅片管换热器在工程实际中的应用提供了理论基础,为空冷凝汽器的设计和运行提供参考。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 直接空冷用翅片管的研究现状
• 1.2.2 直接空冷凝汽器的研究现状
• 1.3 目前研究中存在的问题及本文的研究任务
• 2 单排管管束传热与阻力特性的数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 几何模型
• 2.3 数学模型及数据处理
• 2.3.1 数学模型
• 2.3.2 边界条件
• 2.3.3 计算方法
• 2.3.4 数据处理
• 2.4 计算结果及分析
• 2.4.1 模型验证
• 2.4.2 翅片间表面的温度分布
• 2.4.3 翅片间表面的压力分布
• 2.4.4 翅片间表面的速度分布
• 2.4.5 风速对空气侧换热与流动特性的影响
• 2.5 翅片间距对管外空气侧流动及换热的影响
• 2.5.1 翅片间距对换热特性的影响分析
• 2.5.2 翅片间距对流动特性的影响分析
• 2.5.3 翅片间距对翅片性能的综合评价
• 2.6 本章小结
• 3 双排管管束传热及阻力特性的数值研究
• 3.1 引言
• 3.2 几何模型
• 3.2.1 模型的简化
• 3.2.2 网格的划分
• 3.3 数学模型及数据处理
• 3.3.1 数学模型
• 3.3.2 壁面函数法
• 3.3.3 边界条件
• 3.3.4 计算方法
• 3.3.5 数据处理
• 3.4 模型的验证
• 3.4.1 试验介绍
• 3.4.2 试验组件
• 3.4.3 试验数据整理及数据处理
• 3.4.4 模型验证
• 3.5 模拟结果分析
• 3.5.1 THA工况
• 3.5.2 TRL工况
• 3.6 本章小结
• 4 三排管管束传热与流动性能的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 几何模型
• 4.3 数学模型及数据处理
• 4.3.1 数学模型
• 4.3.2 边界条件
• 4.3.3 数据处理
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 模型的验证
• 4.4.2 翅片间的压力分布
• 4.4.3 翅片间的速度分布
• 4.4.4 翅片间的温度分布
• 4.4.5 迎面风速对流动和换热的影响
• 4.5 三种形式的管束流动与阻力比较分析
• 4.6 本章小结
• 5 直接空冷凝汽器单元的数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 模型的建立
• 5.3 控制方程及计算方法的确定
• 5.4 边界条件的设置
• 5.5 数据处理
• 5.6 计算结果与分析
• 5.6.1 模型的验证
• 5.6.2 环境风速对空冷单元性能的影响
• 5.6.3 环境温度对空冷单元性能的影响
• 5.7 本章小结
• 6 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 今后工作的展望
• 参考文献
• 作者简历