趙云云　李剛

摘 要：凝汽器是電站的主要設(shè)備之一，其性能取決于凝汽器管束結(jié)構(gòu)的合理布置。該文使用STAR-CD軟件模擬循環(huán)水上進(jìn)下出流動(dòng)時(shí)帶狀管束布置的凝汽器殼側(cè)流場(chǎng)和性能，得到凝汽器殼側(cè)的流場(chǎng)和壓力分布、管束區(qū)換熱系數(shù)及不凝結(jié)氣體的分布情況，通過凝汽器殼側(cè)流場(chǎng)結(jié)果分析此種帶狀管束布置的優(yōu)劣性。

關(guān)鍵詞：STAR-CD 帶狀管束 凝汽器 數(shù)值分析

中圖分類號(hào)：TK172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（c）-0084-02

1 概況

凝汽器是使驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功后排出的蒸汽變成凝結(jié)水的熱交換設(shè)備。大型凝汽器具有良好的熱力性能的關(guān)鍵技術(shù)在于其管束的布置，管束區(qū)熱負(fù)荷均勻、蒸汽凝結(jié)充分、流動(dòng)阻力小等都靠上萬根冷卻管的合理安排來實(shí)現(xiàn)。該文在STAR-CD軟件的基礎(chǔ)上結(jié)合udf程序文件模擬分析循環(huán)水上進(jìn)下出流動(dòng)時(shí)凝汽器殼側(cè)流場(chǎng)和性能。通過分析凝汽器殼側(cè)壓力分布、空氣濃度分布以及傳熱系數(shù)分布等分析管束布置的優(yōu)劣性，對(duì)凝汽器管束結(jié)構(gòu)布置的改進(jìn)和優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。

2 建模

2.1 結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)提供的圖紙，凝汽器為對(duì)稱殼體，為簡(jiǎn)化計(jì)算，分析時(shí)計(jì)算區(qū)域只取半個(gè)殼體進(jìn)行計(jì)算。凝汽器為三角形叉排管束，管束區(qū)按上述單元尺寸劃分網(wǎng)格，管束區(qū)的網(wǎng)格如圖1所示。

2.2 物性參數(shù)及邊界條件

該凝汽器為雙流程設(shè)計(jì)，循環(huán)水為上進(jìn)下出的流動(dòng)方式，即冷卻水由上部管束進(jìn)入，與蒸汽換熱后由下部管束流出。確定模擬參數(shù)如表1所示。

2.3 評(píng)價(jià)方法

該文的模擬計(jì)算方法采用壓力評(píng)價(jià)法，即通過不斷調(diào)整出口壓力（假設(shè)）計(jì)算得到設(shè)備入口的壓力（已知），計(jì)算收斂后結(jié)果認(rèn)為正確的。

該文設(shè)置凝汽器抽汽壓力為出口壓力，根據(jù)模擬的結(jié)果得出凝汽器入口附近的壓力（凝汽器設(shè)計(jì)壓力），經(jīng)過對(duì)出口壓力值的不斷調(diào)整，直到推算出的凝汽器入口壓力為設(shè)計(jì)壓力時(shí)，并且計(jì)算收斂后，此時(shí)流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果認(rèn)為是正確的。

3 模擬結(jié)果分析

3.1 流場(chǎng)分布

凝汽器殼側(cè)流場(chǎng)速度矢量圖見圖2。蒸汽在管板上方的流速為55 m/s，最大流速為77 m/s。在管束區(qū)上方即第一流程，蒸汽逐步穿過管束區(qū)流向空冷區(qū)，部分蒸汽沿著管束區(qū)兩側(cè)的通道進(jìn)入第二流程，蒸汽經(jīng)過管束區(qū)凝結(jié)后進(jìn)入空冷區(qū)，在空冷區(qū)內(nèi)未完全凝結(jié)的蒸汽再一次參與換熱凝結(jié)，剩余的不凝結(jié)氣體和未凝結(jié)的蒸汽一起被抽出。從圖中可以看出部分蒸汽流向熱井對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行熱力除氧，實(shí)現(xiàn)凝汽器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.2 壓力分布

凝汽器殼側(cè)壓力分布圖如圖3所示，在管束區(qū)上方蒸汽突遇管束阻力，蒸汽動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能，造成壓力突然升高，隨著蒸汽深入管束區(qū)，蒸汽的壓力越來越低，即壓降越來越大?？绽鋮^(qū)下方擋板處的壓力變化較劇烈，從速度矢量圖上也可看出擋板處的流速較高，經(jīng)計(jì)算擋板部分的壓力損失約為300 Pa，而整個(gè)管束區(qū)的總壓降約為900 Pa。

3.3 空氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布

凝汽器空氣主要集聚在空冷區(qū)，抽空氣口的位置空氣濃度最大，最大的空氣濃度為37.75%，管束區(qū)幾乎沒有空氣的集聚，根據(jù)凝汽器布管原則可知，此管束的空冷區(qū)布置較為合理。

4 結(jié)語

通過STAR-CD軟件對(duì)凝汽器殼側(cè)流場(chǎng)的模擬得出，空冷區(qū)上方帶狀管束布置略微不合理，存在換熱不完全的情況，此處需要調(diào)整管束布置，空冷區(qū)下方壓力損失較大，結(jié)構(gòu)仍需調(diào)整，但是總體整個(gè)管束中蒸汽流程較短、汽阻較小，部分蒸汽直接流向熱井的凝結(jié)水面，降低凝結(jié)水的過冷度并且熱力除氧。因此，此管束的布置符合凝汽器管束設(shè)計(jì)的基本原則，同時(shí)循環(huán)水上進(jìn)下出流動(dòng)使得水側(cè)的阻力損失較小。

參考文獻(xiàn)

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