环境侧风及大气逆温作用下的AP1000核电机组间接空冷系统热力特性的数值研究

开展间接空冷技术在内陆缺水地区核电机组上的应用研究具有前瞻性和必要性。以内陆缺水场址建设AP1000核电机组为例,对环境侧风及大气逆温作用下常规岛间冷塔的热力特性进行深入研究,通过数值模拟,获得不同环境风速和逆温温差下,间冷塔散热量、通风量以及机组背压的变化规律。结果表明,在环境风速4～8m/s区间内,间冷塔的散热量和通风量均随风速增加而降低,机组背压随风速增加而升高。在近地面50～500m的逆温层内,间冷塔的散热量随逆温温差增加而下降,机组背压随逆温温差增加而升高,变化趋势近似成线性关系。大气逆温层温差变化1℃时对间冷塔热力性能的影响小于侧风风速变化1m/s的影响,当逆温温差4℃时,对间冷塔冷却效果的影响相当于侧风风速等于6m/s的影响。研究结果可以为AP1000核电机组间接空冷系统的设计提供参考依据。     

侧风下分区配水对冷却塔性能的影响研究

分区配水能通过改善传热传质区域的气水比来提高冷却塔冷却效率,其实际运行过程中侧风的影响不容忽视。以某超大型湿式冷却塔为对象,利用三维数值模拟方法研究了环境风速v=1~3 m/s时,出塔水温、冷却效率、通风量和蒸发损失在不同分区配水方案下（内区配水量占比在5%~95%变化）的变化趋势。结果表明:以风速v=3 m/s为例,随内区配水量占比的增加,出塔水温先减小后增大,冷却效率、通风量和蒸发损失先增大后减小;当内区配水量占比为65%时,出塔水温比均匀配水（内区配水量为60.68%）时降低了约0.14 ℃,冷却效率提高了0.82%;同时,风速v=1~3 m/s时,分区配水的出塔水温均低于均匀配水,冷却效率均高于均匀配水。因此,在低风速下,与均匀配水方案相比,分区配水方案能有效降低冷却塔的出塔水温、提高冷却效率。     

环境风对直接空冷系统换热性能影响的研究

以某台600 MW直接空冷机组为例,采用数值模拟的方法,研究不同环境风速、风向对直接空冷系统性能的影响.研究结果表明,在汽轮机排汽参数一定时,随着环境风速增大,冷却风量及空冷凝汽器换热量减小；炉后风对直接空冷系统性能影响大于其它风向.当炉后风风速增至10 m/s时,迎面风速由无风时的2.1 m/s降为1.78 m/s,空冷凝汽器换热量为无风环境下的82.8％,机组发电能力显著降低.     

空冷岛加装挡风网对凝汽器换热效率的影响

利用CFD数值模拟Fluent软件,以某600 MW直接空冷机组为例,模拟环境风对空冷凝汽器换热效率的影响,提出在空冷岛周围加装不同形式挡风网的方案。模拟计算结果表明：加装挡风网后,在大风条件下,热风回流和＂倒灌＂现象均减弱,空冷单元空气流量增加;在环境风速为0~12 m/s的情况下,机组凝汽器平均换热效率可达到72.52%,比不加挡风网时高24.51%。     

机械通风高位收水冷却塔三维热力特性数值研究EI北大核心CSCD

高位收水是降低湿式冷却塔能耗的有效途径,但其目前主要应用于自然通风冷却塔。鉴于此,构建机械通风高位收水冷却塔三维数值计算模型,探究无风和侧风工况下,高位收水对机械通风冷却塔热力性能的影响规律。结果表明,机械通风高位收水冷却塔配风区气流存在横向旋涡,且其受环境侧风的影响;在横向旋涡和塔体结构的共同作用下,不同位置的通风量和散热量存在明显差异,且填料区循环水温降占比和气流压降占比分别达到90.5%和51.0%;环境侧风会引起整塔通风量和循环水温降的差异性变化,当环境风速从0m/s增加到10m/s时,0°和90°风向的侧风分别会使出塔水温降低1.47℃和升高2.38℃,而其他风向对出塔水温的影响不超过0.66℃。     

空冷岛两风道地下进风数值分析

直接空冷凝汽器在高空中受环境风的影响,容易出现热风回流和倒灌等问题,影响机组的安全与经济运行,为此提出了空冷岛地下进风方式。以某600 MW直接空冷机组为例,建立空冷岛地下进风的物理模型,利用Fluent软件,采用Simple算法和标准k-ε模型,对采用两风道地下进风布置方式的空冷岛周围空气流场和温度场进行数值模拟;计算了地上、地下进风的空冷岛通风量,分析了在主导风向下风速对直接空冷凝汽器换热效率及压力的影响。计算结果表明：在有环境风的条件下,空冷岛地下进风方式的凝汽器工作性能优于地上进风,在任何风速下都没有出现热风回流和倒灌;在同等条件下,当环境风速大于4 m/s时,地下进风的通风量较地上进风大,换热效率较地上进风高,当风速超过8 m/s后,凝汽器压力比地上进风低7~11 kPa。     

长距离隧道敷设电缆载流量仿真计算方法研究*

电网负荷的日益增大使得电缆隧道中敷设电缆回路数逐渐增加,导致电缆隧道温度不断升高,从而限制电缆载流量。对长距离电缆隧道进行强制通风是提高电缆载流量的一个有效措施,但通风状态下的隧道电缆载流量的计算方法还不完善。基于等效热路模型提出多层电缆结构简化计算方法,先求出等效热源Qeq和等效热阻率ρeq,进而建立双层仿真计算模型。为对长距离通风长度的隧道中敷设电缆载流量进行仿真计算,提出分段仿真计算方法,将上一段隧道出口的温度和速度分布作为下一段进口的温度和速度边界条件。进一步地,针对110 kV、220 kV和500 kV电缆,仿真分析得到了不同风速和通风长度对电缆载流量的影响机制。仿真结果表明,对于通风长度为1 km的电缆隧道,10 m/s风速工况下相比静止状态下的110 kV、220 kV和500 kV电缆载流量分别提升了467.05 A、549.18 A和573.4 A;当通风长度从100 m增加到1000 m时,各电缆载流量分别降低了95.34 A、117.54 A和130.6 A。研究成果可为电缆隧道通风设计、在线监测提供参考。     

SCAL型间接空冷塔内外流场数值模拟

根据某SCAL型自然通风空气冷却塔(空冷塔)散热管束的实际尺寸和冷却三角的布置方式,对塔底换热单元建立了几何模型,并基于RNGk-ε紊流模型和多孔介质模型,对塔内外流场进行了三维数值模拟,探究了环境条件对其运行特性的影响。研究结果表明:随着环境风速的增加,空冷塔迎风面进口风速逐渐增加,而侧风面和背风面的进口风速则呈下降趋势,且该趋势随温度的上升愈加明显;空冷塔的通风量和塔出口速度随环境风速的增加先增大后减小,且在风速为2m/s时,其通风量和出口速度最大。     

表面式间接空冷塔内外流场的数值分析

为了研究侧风对表面式凝汽器的自然通风间接空冷系统受的影响,借助FLUET模拟软件平台,应用合理的模型,对间接空冷塔分别在5 m/s和10 m/s不同的风速下进行模拟。计算结果表明,当风速为5 m/s时,塔内换热较为良好,塔内左右侧压力分布比较均匀。当风速增加到10 m/s时,产生了明显的回流,热空气离开塔的上升速度降低,塔内抽力明显降低。因此对空冷塔的换热造成了影响。数值模拟结果可作为间接空冷塔的优化设计的依据。     

冰箱用翅片蒸发器管径对换热性能影响的实验研究

家用冰箱蒸发器采用不同的换热管管径,对换热器单体换热性能以及冰箱整机性能均会产生差异.对风冷冰箱翅片蒸发器在不同风速以及不同质量流量下,换热管管径与蒸发器换热性能的影响进行研究,通过换热器性能测试台对5 mm/6.35 mm/8 mm管径在不同风速下的换热系数、换热量、压降损失等性能参数进行对比测试分析,结果表明:在系统质量流量为0.5 g/s、风速为1.6 m/s时,6.35 mm管径蒸发器具有较优的换热性能,较5 mm管径提高9.7％,较8 mm管径提高7％.     

冰箱用翅片蒸发器管径对换热性能影响的实验研究

家用冰箱蒸发器采用不同的换热管管径,对换热器单体换热性能以及冰箱整机性能均会产生差异.对风冷冰箱翅片蒸发器在不同风速以及不同质量流量下,换热管管径与蒸发器换热性能的影响进行研究,通过换热器性能测试台对5 mm/6.35 mm/8 mm管径在不同风速下的换热系数、换热量、压降损失等性能参数进行对比测试分析,结果表明:在系统质量流量为0.5 g/s、风速为1.6 m/s时,6.35 mm管径蒸发器具有较优的换热性能,较5 mm管径提高9.7％,较8 mm管径提高7％.     

冰箱用翅片蒸发器管径对换热性能影响的实验研究

家用冰箱蒸发器采用不同的换热管管径,对换热器单体换热性能以及冰箱整机性能均会产生差异.对风冷冰箱翅片蒸发器在不同风速以及不同质量流量下,换热管管径与蒸发器换热性能的影响进行研究,通过换热器性能测试台对5 mm/6.35 mm/8 mm管径在不同风速下的换热系数、换热量、压降损失等性能参数进行对比测试分析,结果表明:在系统质量流量为0.5 g/s、风速为1.6 m/s时,6.35 mm管径蒸发器具有较优的换热性能,较5 mm管径提高9.7％,较8 mm管径提高7％.     

环境背风对直接空冷凝汽器外部流场的影响

通过数值模拟分析了某台300MW机组直接空冷凝汽器冷凝单元的流场及散热情况,以无风和风速3、5m/s为例,研究环境背风对空冷凝汽器的影响。结果表明,流经冷凝单元两侧的气流温度较高,A型架内侧底部4个角区有强列的涡流,散热效果不明显;环境背风会导致较强的热风回流,极大地降低换热性能,并且换热性能的降低与高大建筑物所引起的绕流效应关系密切。无风和风速为3、5m/s时的总换热量分别为807、516、540MW,说明在环境背风风速不高的情况下,略提高风速,换热性能有较小提高。     

SCAL型间接空冷塔内外流场分析

根据某SCAL型间接空冷系统塔底散热管束的实际尺寸和冷却三角的布置方式,对换热单元建立了详细的几何模型,并利用Fluent软件对空冷塔内外流场进行了三维数值模拟,探究了环境风速对其运行特性的影响。结果表明:环境风速高于4m/s时,塔外高速气流聚集在空冷塔两侧,受到横向风的切向力作用,侧风面进塔流速最小;空冷塔的通风量和塔出口速度随环境风速的增加呈先增大后减小的变化趋势。     

侧风下自然通风湿式冷却塔出口气流的试验研究

基于热态模型试验,研究了自然通风湿式冷却塔塔顶侧风对出口气流的影响,以及由此带来的对冷却水温降和通风阻力系数的影响。通过在模型塔喉部至出口区域内布置热电偶,获得该区域内的温度场,根据温度场和速度场之间的联系,分析侧风下出口气流的流态。实验中,调节塔底侧风并保持一定风速后,通过控制塔顶侧风风机的启闭,研究塔顶侧风对冷却水温降和通风阻力系数的影响。结果表明,随着风速增大,塔顶侧风会对出口气流产生侵入、排挤、封盖和引射作用;静风时冷空气便会从塔出口侵入塔内,至风速为0.2m/s时达到最大,占出口气流的8%~10%,风速进一步增大,冷空气侵入量会逐渐减少。对水温降而言,当参考风速为0.3~0.6 m/s时,塔顶侧风可使其普遍减小2%~3%;而对冷却塔纵向通风阻力系数而言,在参考风速为0.5~0.8 m/s时,塔顶侧风影响可使其增大25%~35%。     

改善间冷塔换热性能方案分析

环境风速变化使间冷塔内外空气流场发生改变,导致其换热性能发生变化,因此如何优化间冷塔内外空气流场具有重要意义。以某660 MW机组SCAL型间冷塔为研究对象,建立了三维模型并利用CFD换热器中简单效能法结合多孔介质模型,在不同环境风速下,对间冷塔空气流场分布及换热性能进行了数值模拟。根据间冷塔流场分布提出了3种改善方案,并定义了反映改善程度的改善系数。结果表明:间冷塔内外同时布置挡风墙(D方案)对其换热性能改善最大,间冷塔内部布置挡风墙(C方案)对其换热性能改善最小;D、C两方案分别在18 m/s和8 m/s时对间冷塔换热性能改善最大,改善系数约为17.34%和4.29%;D方案和B方案相比C方案换热性能均有一定改善,在18 m/s时均取得最大值,分别约为14.69%和15.39%。因此,对于风向较固定的地区,D方案可以有效改善间冷塔的换热性能。     

环境侧风与湿式冷却塔塔内通风量关系的实验研究

基于相似原理,通过热态模型实验,研究环境侧风下自然通风湿式冷却塔底部周向进风变化规律。研究表明:环境侧风破坏了冷却塔底部周向进风的轴对称分布规律,环境风速大于0.2 m/s时各处进风的不均匀性更加明显。与无风工况相比,当环境风速为0.4 m/s左右时,迎风面进风口风速为无风时的1.875倍,而背风面进风口风速仅为无风时的30%。同时分析了环境侧风下塔内漩涡分布规律,由进风口风速分布及塔内漩涡的分布规律可知,环境侧风严重影响了塔内通风量,恶化了塔内的传热传质性能。通过热态模型实验数据进行非线性回归,得到了塔内通风量(用空气重量风速表示)与环境侧风的关系,并通过140MW机组现场测试,验证了环境侧风与塔内通风量关系的准确性。     

不同风向条件下空冷岛运行特性的数值模拟

环境横向风的存在是影响空冷岛运行特性的主要因素之一.利用数值模拟方法,以2×300 MW直接空冷机组空冷系统为研究对象,分析了环境风速分别为3m/s和10m/s时,不同来流风向对空冷岛运行特性的影响.结果表明:不同环境风向条件对空冷岛的影响差别很大,炉后来风最为恶劣,此时空冷岛迎面风速最小,凝汽器冷却空气温度最高,回流率最大.并且环境风速越大,对空冷岛运行特性的影响越大.     

浙江省小风速概率分布特征研究

导线载流量计算边界条件中风速是影响载流量的重要因素,通过对浙江省63个气象站11年连续的逐时风速进行概率统计分析,结果显示:浙东近海区域及环杭州湾地区出现大于1.0 m/s的风速的概率可达80%以上,沿海岛屿(除舟山本岛外)则大于90%。在浙江省风速小于等于2.0 m/s时,同期气温高于35℃的概率很低,浙东沿海地区在3%以内。因此,考虑因地制宜适当提高计算边界条件的风速取值是可能的。     

空冷岛地下进风结构数值模拟

以某600 MW直接空冷机组为例,利用CFD软件对空冷岛采用地下进风布置方式的空气流场和温度场进行数值模拟;计算了空冷岛地上进风、地下进风(直、斜风道)以及空冷单元的通风量,分析了在主导风向下风速对直接空冷凝汽器换热效率及压力的影响。结果表明:在环境风的影响下,背风侧空冷单元的通风量大于迎风侧,但没有出现热风回流和倒灌;当环境风速大于4 m/s时,在同等条件下,地下进风的通风量较地上进风大,换热效率较地上进风高,凝汽器压力比地上进风低6~10 kPa。