李慶 王帥 陳建英 李瑞華 荊濤 劉冠紅

摘?要：本文通過數(shù)值模擬方法，對(duì)直接空冷電廠空冷風(fēng)機(jī)群進(jìn)行研究，揭示了不同環(huán)境條件下，風(fēng)機(jī)群風(fēng)量的空間分布規(guī)律，并計(jì)算了增加迎風(fēng)邊緣風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)空冷島風(fēng)機(jī)風(fēng)量分布的影響。

關(guān)鍵詞：直接空冷;空冷風(fēng)機(jī);環(huán)境風(fēng)速;風(fēng)量

中圖分類號(hào)：TM621.7?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 概述

空冷凝汽器利用空冷風(fēng)機(jī)強(qiáng)制對(duì)流冷卻汽輪機(jī)排汽，維持真空，風(fēng)機(jī)群的工作狀況直接影響汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)甚至安全運(yùn)行，且空冷凝汽器及空冷風(fēng)機(jī)暴露在室外，易受環(huán)境條件影響，因此對(duì)空冷風(fēng)機(jī)群的研究顯得十分必要[1]。本文主要以數(shù)值模擬的手段研究了不同環(huán)境條件下的風(fēng)機(jī)群風(fēng)量分布規(guī)律，為電廠運(yùn)行提供參考。

2 控制方程及湍流方程

本文使用FLUENT商用軟件，對(duì)不同環(huán)境條件下的風(fēng)機(jī)群風(fēng)量分布進(jìn)行研究，基礎(chǔ)模型包括控制方程[2]（連續(xù)方程、動(dòng)量方程以及能量方程）。

由于環(huán)境風(fēng)速及空冷風(fēng)機(jī)出口氣流速度小于當(dāng)?shù)匾羲?，可看作不可壓縮流體運(yùn)動(dòng)，狀態(tài)方程由克拉貝隆方程表示：

湍流方程由湍動(dòng)能及耗散率方程表示：

3 計(jì)算模型建立

本文依托北方某電廠2×600MW直接空冷機(jī)組進(jìn)行計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組空冷凝汽器配備7行8列共56個(gè)空冷單元，空冷平臺(tái)高度45m，蒸汽分配管直徑2.5m，擋風(fēng)墻高度高于蒸汽分配管中心線1m。

空冷凝汽器及配套軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)如表1所示：

數(shù)值計(jì)算采用1：1實(shí)物模型，由GAMBIT軟件建立并劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分采取分塊的策略，如圖1所示。計(jì)算范圍包括空冷單元及空冷島周邊主要建筑，空冷單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)予以省略，風(fēng)機(jī)橋架等引起的阻力歸并到翅片管束中。空冷翅片管束采用多孔介質(zhì)模型，模擬其換熱及動(dòng)力特性，通常處理為在動(dòng)量方程中加入反映阻力的源項(xiàng)方程[3]：

模型中的風(fēng)機(jī)采用FAN物理模型，風(fēng)機(jī)平面為一個(gè)無(wú)限薄的平面，氣流經(jīng)過這個(gè)平面產(chǎn)生壓力躍升，壓力躍升值表示為速度的多項(xiàng)式函數(shù)：

4 計(jì)算結(jié)果及分析

隨著風(fēng)速增加，空冷島上方風(fēng)壓增大，風(fēng)機(jī)吸入口形成負(fù)壓區(qū)，翅片管阻力增大以及負(fù)壓區(qū)的存在雙重作用使得進(jìn)入空冷單元的風(fēng)量減小，尤其是迎風(fēng)列空冷風(fēng)機(jī)受到影響最大。本文使用FLUENT軟件計(jì)算得到每個(gè)空冷單元的空氣容積流量，風(fēng)機(jī)風(fēng)量空間分布如圖2-圖4所示：

當(dāng)環(huán)境無(wú)風(fēng)時(shí)，風(fēng)機(jī)吸入量并不均勻，中間風(fēng)機(jī)列吸入量比邊緣風(fēng)機(jī)列空氣容積流量大，根據(jù)計(jì)算，邊緣列至中心列風(fēng)機(jī)吸入量分別為3412.60m3/s、3483.12m3/s、3502.30m3/s和3501.66m3/s，其余四列對(duì)稱分布。第三列第四列風(fēng)機(jī)流量一致，比邊緣列約大2.5%。

以無(wú)風(fēng)環(huán)境下風(fēng)機(jī)列最大吸入量為基準(zhǔn)，定義風(fēng)機(jī)容積效率，為實(shí)際吸入量與最大吸入量的比值，可得迎風(fēng)列、第二列到第八列，容積效率分別為68.3%、83%和93.6%，迎風(fēng)列受到的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其余列。隨著風(fēng)速增加到10m/s，由流線圖可以看出環(huán)境風(fēng)甚至影響到臨機(jī)，迎風(fēng)列容積效率下降至40.8%，第二列風(fēng)機(jī)列容積效率下降為62.5%，第八列風(fēng)機(jī)吸入量為2417.67m3/s，容積效率為69.1%。風(fēng)速5m/s和10m/s下，空冷風(fēng)機(jī)總風(fēng)量約為無(wú)風(fēng)條件下的86.8%和64%。不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)列流量以及容積效率見表2-表3及圖5。

5 小結(jié)

本文使用FLUENT商用軟件計(jì)算了某直接空冷電廠空冷島空冷風(fēng)機(jī)群在不同風(fēng)速條件下的風(fēng)量分布，通過風(fēng)機(jī)群風(fēng)量分布的計(jì)算，為電廠運(yùn)行提供參考。所得結(jié)論如下：

1）無(wú)風(fēng)環(huán)境下空冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量并非平均分布，中心風(fēng)機(jī)列風(fēng)量約比邊緣風(fēng)機(jī)列大2.5%;

2）隨著環(huán)境風(fēng)速增大，迎風(fēng)面風(fēng)機(jī)列風(fēng)量迅速減小，在主導(dǎo)風(fēng)向即x正向風(fēng)速5m/s和10m/s下，迎風(fēng)風(fēng)機(jī)列容積效率減小為68.3%和40.8%，其余列風(fēng)機(jī)風(fēng)量均有不同程度的減小，總風(fēng)量約為無(wú)風(fēng)條件下的86.8%和64%。

參考文獻(xiàn)

[1]?丁爾謀.發(fā)電廠空冷技術(shù)[M]，水利電力出版社，1992.3第一版

[2]?陶文銓.數(shù)值傳熱學(xué)[M]，西安，西安交通大學(xué)出版社，2001，第二版

[3]?何偉峰.環(huán)境風(fēng)速對(duì)直接空冷電廠運(yùn)行性能的研究[D]，碩士學(xué)位論文，西安，西安交通大學(xué)2009