下挡风墙高度对直接空冷凝汽器流动性能的影响

下挡风墙高度对直接空冷凝汽器流动性能的影响

0空冷岛的区域内,增设曲面下挡风墙,减少横向风对机组背压和换吸直接空冷汽器通过直接与周围空气交换并达到冷排气的目的。环境风场对空冷气器的运行有很大的影响。夏季，由于环风环境的影响，导致上升和下降的风吹现象，导致装置的背压急剧上升。空冷岛前2排风机的风量很小,换热效果差。在空冷岛第1排风机后加装曲面下挡风墙,给横向风一个导流作用,减少横向风对风机风量的影响,使原来换热效率差的空冷单元得到改善。本文以2×600MW机组为例,研究在确定下挡风墙最佳曲率的情况下,空冷平台的第1排风机后加装不同高度的曲面下挡风墙对空冷凝汽器平均换热效率的影响,得出最合适的下挡风墙安装方案,为空冷岛的结构设计提供理论依据。1物理模型和数学方法1.1空冷岛网格划分根据2×600MW空冷机组凝汽器的几何尺寸和物理特点,利用GAMBIT软件生成相应的几何模型和计算网格。划分网格时考虑到模拟计算精度的要求和计算机硬件性能的限制以及空冷岛本身结构特点,对整个计算区域采用分块划分网格方法,对空冷岛和厂房采用六面体网格进行划分,剩余计算区域利用SIZEFUNCTION方法的四面体网格进行划分,四面体网格大小由原面(厂房及空冷平台)以1.09的增长比率增大,总网格数为174.53万个,如图1所示。1.2空冷用户换热换计算区域Y负方向和X正方向为质量流率入口,环境温度为295K;空冷散热器内部的换热情况,可利用FLUENT软件内嵌的热交换模块进行计算。计算中控制微分方程的离散化采用了有限差分法中的控制容积公式法,针对对流项的离散,采用了上风差分格式。1.3u3000结u因为空冷平台周围的环境风速远小于当地声速的1/3,故将空冷平台周围的大气运动认为是不可压缩定常流动。流体区域的流动应满足三维流动控制方程,数值模拟则采用雷诺应力平均N-S方程,如式(1)～(6)。连续性方程:∂ρ∂t+∇⋅(ρ→v)=0(1)∂ρ∂t+∇⋅(ρv⃗)=0(1)动量守恒方程:∂∂t(ρui)+∂∂xj(ρuiuj)=-∂p∂xi+∂∂xj[μ(∂ui∂xj)+∂uj∂xi-23δij(∂ul∂xl)]+∂∂xj(-ρu′iu′j)(2)本构方程:τij=2μεij-23μ∂uk∂xkδij(3)εij=12(∂ui∂xj+∂uj∂xi)(4)采用标准k-ε湍流模式:-ρ¯u′iu′j=μt(∂ui∂xj+∂uj∂xi)-23(ρk+μt∂ui∂xi)δij(5)本文中涉及到的热量交换,须运用能量方程:∂∂t(ρE)+∂∂xi⋅(ρvi(ρE+p))=ρq+∂∂xi(k∂Τ∂xi+τijvij)(6)式中:ρ为空气密度;u为速度;i,j,k=1,2,3;P为压力;μ为流体动力粘性系数;τij为应力张量;εij为应变率张量。2数值解和结果分析2.1环境风速对环境冷凝汽器的影响热风回流是迎风面两侧空冷单元排出的热空气由于环境风场的作用,绕过两侧的上挡风墙被风机重新吸入。“倒灌”是当环境横向风速较大时,迎风面的第1排甚至是第2排换热单元本应从凝汽器翅片上扩散出去的热空气,被突然压回,使凝汽器被包围在热空气中,造成换热恶化,导致空冷凝汽器的真空降低。随着环境风场在多台风机群入口处因受到风机吸力作用所形成负压区的影响,环境风流动受阻,越往前移,在后面的风机入口处,环境风速逐渐减弱,其入口处将产生高密度的空气团,被吸入到风机入口,使后面风机的出口流量增大。以如图2所示的全年主导风方向为例,当环境风速v>7m/s时,会出现强烈的热风回流,同时在迎风面第1排甚至第2排换热单元会出现“倒灌”现象。由图3得出,在环境风速为7.32m/s时空冷凝汽器在横向风的作用下出现了“倒灌”现象。由图4得出,大风使前2排和前2列空冷单元风机风量成为负值,换热效果恶化。2.2风机后直冷凝汽器简介为了缓解横向风对空冷凝汽器换热效率的影响,若在现有上挡风墙的基础上在第1排风机后安装直面下挡风墙,空冷凝汽器的换热效果将有明显的提高。假设下挡风墙高度为8.9m,温度等值线图和风机风量分别如图5和图6所示。加装直面下挡风墙后,前2排风机的风量有了明显的增加,前2排风机的平均换热效率为43.4%。2.3空冷凝汽器换效率计算为了进一步改善空冷凝汽器的换热效果,考虑在第1排风机后安装曲面下挡风墙。曲面下挡风墙高度是曲面下挡风墙的最下端距离空冷岛平台的垂直距离,如图7所示。假设下挡风墙高度为8.9m,即h=8.9m,改变曲面下挡风墙曲面的曲线方程,按照直接空冷凝汽器的换热效率公式η=Qa/Qs×100%计算得出各种方案下空冷凝汽器的换热效率如表1所示。式中:η为换热效率;Qa为空气吸收的热量;Qs为凝汽器放出的热量。由表1可以看出,加设的下挡风墙的曲线方程为y2=8x时换热效果最好,因此应该选用此曲率的下挡风墙来进行进一步研究。2.4平均换热力与风力在第1排风机后加装不同高度曲面下挡风墙,温度等值线和空气流量图如图8～13所示。第1排风机的风量有明显提高,但是后面的几排风机处在下挡风墙的背风面,尤其是第2排风机,风量受到了很大程度的影响。前2排风机平均换热效率按照直接空冷凝汽器的换热效率公式计算:η=Qa×(G1/Ga)Qs×(n1/na)×100%式中:η为换热效率;Qa为空气吸收的热量;Qs为凝汽器放出的热量;G1为前2排风机风量总和;Ga为空冷凝汽器风量总和;n1为前2排风机数;na为空冷凝汽器总风机数。随着下挡风墙高度的增加,前2排风机的平均换热效率与风量如图14所示。由图14可看出,曲面下挡风墙高度为5.4m时,第1排风机风量有所增加;高度为8.5m时,第1排风机风量有明显提高,平均换热效率达到最大值;高度继续增加到9.4m以后,前2排风机的总风量与高度为8.5m时相比反而有所下降,平均换热效率也随之下降。2.5曲面下挡风墙对比在大横向风的作用下,由于存在强烈的“倒灌”现象,第1、2排风机的总风量在下挡风墙高度为0m时很小,空冷平台前2排风机的平均换热效率为29.75%。加装高度为8.9m的直面下挡风墙后,前2排风机的平均换热效率为43.4%,比不加下挡风墙时提高了13.65%;加装高度为8.9m的曲面下挡风墙后,前2排风机的平均换热效率为46.78%,比不加下挡风墙时提高了17.03%。可见在同样高度的情况下,曲面下挡风墙可更多地提高空冷凝汽器前2排风机的换热效率。随着曲面下挡风墙高度增加,曲面下挡风墙对横向风的导流作用使前2排风机的风量不断增大,在8.5m高度时达到极大值,前2排风机“倒灌”现象得到明显改善,平均换热效率为46.78%。曲面下挡风墙高度超过8.5m后,第1排风机的风量增长较小,第2排风机却由于下挡风墙高度过高,使得风机风量有所减少,甚至在风机入口处形成了负压区,又重新出现了“倒灌”现象,前2排风机风量总和降低,平均换热效率也随之降低。3空冷系统挡风墙的设