孙会亮”，索新良”
（1.华北电力大学，河北保定071003，2.淮新煤电有限公司风台发电分公司，安徽淮南232000）
摘要：以某600MW直接空冷机组为例，利用CFD软件对其建立数值模型，采用Fluent软件对流场进行数值模拟.通过数值模拟，分析了环境风对直接空冷凝汽器换热影响.计算结果指出：当风速小于2m/s时环境风对凝汽器换然基本没有影响，当风速大于7m/s时，凝汽器换热恶化严重；在风速由0m/s上升至13m/s时空冷凝汽器的风机流量偏差率增加了41%；当风 速由2m/s上升至7m/s时换热效率降低了14.1%；指出了环境风温变化对凝汽器换热的影响.通过分析获得了环境风速、风温变化对直接空冷凝汽器的影响，为空冷凝汽器进一步优化设计提供了理论依据.
关键词：空冷岛：数值模拟：流量偏差率：换热效率
中图分类号：TK264文献标志码：A文章编号：1009-3230（2013）01-0011-03
NumericalAnalysisofImpactforEnvironmentalWindupon Air-cooledIslandofa600MWDirectair-cooledUnit
SUN Hui-liang SUO Xin-liang²(1. North China Electric Power University Baoding 071003 China;2. Huizhe CoalElectricity Power Company Limited Fengtai Generation Branch， Huinan 232000 China)
Abstract: A numerical model for a 6OO MW air-cooled island was made by CFD software thethe impact of the direct air-cooled condenser exchanger flow efects environmental wind. The results numerical simulation of the fow filed of it was made with FLUENT. By numerical simulation analysindicate that: environmental wind basically have no impact on the condenser heat exchanger when thewind speed is less than 2m/s but it is serious deterioration when the wind speed is greater than 7m/s; The flow rate of deviation of air-cooled condenser fan increases 41% when the wind speed increased from 0m/s to 13m/s; Heat transfer efficiency of 14. 1% when the wind speed increased uo aund zeu o u suqo yo on o no pug s/m s/m njcondenser heat exchanger. The results indicated the influence of the change of environmental windspeed and temperature on the direct air-cooled condenser.The research results provide some theory evidence for the optimization of the effect of air-cooled island’s heat transfer.
Key words: Air-cooled island; Numerical Simulation; Flow rste of deviation; Heat transfer efficiency
冷机组比传统湿冷机组节水约70%左右1-2].
0引言
由于直接空冷机组的凝汽器是通过直接与周风的变化将会直接影响直接空冷系统的运行特作者简介：孙会亮（1986-).男，硬士在读，主要研究方向为性3.目前，对环境风对空冷凝汽器运行性能的
器作为电厂冷端的冷却系统，据有关资料显示，空围空气进行热交换来达到冷凝排汽的，因此环境 近年来，新建的机组大多采用直接空冷凝汽
影响，国内外学者已经展开了研究.周兰欣等对空冷散热单元换热效率的影响，并通过计算得 以300MW直接空冷电厂为例，分析了环境风场到的流场分析了空冷平台空气倒灌和热风回流产生的机理；Gu等讨论了电厂空冷凝汽器风效应风洞模拟的准则及实验手段，通过对某电厂直接空冷系统的风洞实验，发现风速、空冷平台高度和 来流风向角对凝汽器的运行有着重要影响；周文平等采用空冷凝汽器风机和A型框架的耦合计算方法得到了风机在不同转速时空冷单元内部的速度、温度和压力分布.
文中以某600MW机组空冷凝汽器建模，通过数值模拟方法，计算出环境风速、风温变化对空冷凝汽器的风机流量偏差率及换热效率的影响.
1模型及计算方法
1.1几何模型和网格划分
如表1所示，根据该600MW机组空冷岛的几何尺寸和物理特点，利用GAMBIT软件生成相应的几何模型以及计算网格.在FLUENT软件中根据换热模块模型的特点将每个空冷单元简化为 10m×10m×10m的立方体.
表1 模型尺寸大小
项目名称 规格大小空冷单元模块 10 ×10 ×10 （m）空冷平台 16 x7 （个）空冷平台高度 45 （m）汽轮机房模型尺寸 锅炉房模型尺寸 60 ×35 ×35 60 ×35 x85 （m） （m）模拟计算区域 500 ×400 ×400 （m）
考虑网格质量、数量和对计算机要求的影响，对空冷岛和厂房采用六面体网格进行划分，其余的计算区域利用四面体网格进行划分.总网格数为180.26万个，空冷平台几何模型如图2所示.
1.2数值计算方法
1.2.1滴流模型的选择
标准k-e淄流模型是从实验中总结出来的，
图1空冷平台几何模型
其适用范围广、计算精度合理.最简单的完整流模型是两个方程的模型，要解速度和长度两个变量.在FLUENT中，标准k-e模型自从被Launder andSpalding提出之后，就成为工程流场计算中主要的工具，在工业流场和热交换模拟中有广泛的应用”.
1.2.2主控方程及边界条件
相对于电厂空冷平台而言，由于环境风速远不及当地声速的三分之一，故空冷平台周围的大气运动可被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-].
连续性方程：
动量守恒方程：
采用标准k-e湍流模式：
(1)
(3)
(4)
3中箭头所示的全年的主导风向为例，在空冷风机进口处形成负压区卷吸空气流对蒸汽进行冷却，在环境风速的作用下，致使风机风量及空冷凝汽器的迎面风速下降.可以采用流量偏差率来表征环境风速对空冷风机风量的影响程度，定义如下：
此外，由于考虑空冷平台还有热量交换，须运用能量方程：
(5)
式中：p为空气密度，u为速度，i j，k=1，2，3，p为压力，u为流体动力粘性系数，rj应力张量，ej应变率张量.
式中：Ma为空冷风机设计风机空气流量，M为空冷风机实际风机空气流量，文中Ma=560.4kg/s.
空冷单元内部的换热情况，空冷单元内水蒸汽湿度为345K（72C），可以利用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.动量方程的离散化采用了交错网格的方法.流场的计算则采用典型的SIMPLE算法.
边界条件：计算区城的进口采用大气边界层函数即迪肯（Deacon）的幂定律描述：
式中：20为气流达到均匀流时的高度；u0为Z0处来流平均风速，Zi为任意高度，ui为Zi处平均风速；α为地面粗糙系数，粗糙度越大a越大.根据电厂的地形地貌，分别取α=0.2和20=10，该条件利用fluent自带的udf自定义边界条件编程加载，每个空冷散热单元采用风扇人口和热交换核心，柱子及地面均采用墙壁边界，为了较好的 模拟自然环境，计算域的其他边界均设为速度进口条件.对空冷散热器采用换热模块模型计算.
图2空冷岛风向示意图
2数值求解及结果分析
在文中计算分析环境风对空冷凝汽器风机流量偏差及换热效率影响中，环境压力采用标准大气压，风机全压为67Pa.计算风速影响时采用环境空气温度为295K（22℃）.
图3流量偏差率随环境风速变化的由线
图3为不同环境风速时空冷凝汽器风机流量偏差率的变化曲线图.由公式定义可知，流量偏差率的数值越大环境风对风机进风量影响越大，风机进风量越小.由图可知，在环境风速由0㎡/s逐渐上升至13m/s的过程当中，空冷风机的流
2.1环境风速的影响分析
2.1.1环境风速对凝汽器风机流量偏差率的影响直接空冷机组是在空冷风机的作用下，以图
量偏差率由0.02上升至0.44，偏差幅度达到了41%.
图4至图6为空冷凝汽器风机流量图.由图可以看出，在没有环境风的影响下，风机风量基本不受环境风的扰动，风机平面出静压接近均匀，因此，当环境风速为0m/s时，风机风量比较大且比较均匀.
图4空冷岛风机空气流量图（风速v=0m/s）
图5空冷岛风机空气流量图（风速v=7m/s）
图6空冷岛风机空气流量图（风速v=13m/s）
由图可知，由于受环境风的影响，随着风速的增大，空冷凝汽器不同部位的风机风量有不同程度的逐渐下降.尤其是整个空冷场的迎风面前几排空冷单元的风量有大幅度下降，其他空冷单元的空气流量也达不到设计要求.
同时，由图3和图5可知，当环境风风速小于2m/s时，空冷凝汽器的空气偏差率变化不大，环境自然风基本上不影响凝汽器换热.当风速大于7m/s时，随着环境风速的增大，风压逐渐增大，从面抑制了凝汽器出口处的热空气的出流，尤其对迎风面空冷单元的影响更加显著，空冷风机流量偏差率曲线斜率变大，变化幅度加大，此时风机空气流量明显变小，风机流量偏差率不断增加.
2.1.2环境风速对空冷凝汽器换热的影响
采用换热效率来表征环境风速对空冷凝汽器换热的影响.其定义如下：
式中：Qa为空冷凝汽器的实际换热量，；Qb为空冷凝汽器的标准换热量，为额定工况下汽轮机乏蒸汽与空气的换热量.对于每个空冷单元来讲，其实际换热量与额定工况下的标准换热量的比值的无量纲数即为其换热效率.
图7换热效率随环境风速变化曲线
空冷凝汽器的热量是通过与空气进行交换的，空冷凝汽器风机风量的下降使得空冷换热工质的流量下降，实际参加换热的空气量的减少使得实际散热量减少.图为空冷凝汽器的平均换
热效率随环境风速变化的曲线图，当环境风速由2m/s逐渐增加到7m/s时，相应的换热效率降低了14.1%.
图8空冷&周围温度云图（风速v=0m/X=40m）
图9空冷岛周围温度云图（风速v=2m/sX=40m）
图10空冷岛周围温度云图（风速v=7m/X=40m）
图8至图11为凝汽器模型x=40m截面在环境风速影响下的平面温度场分布图，由图可知，当环境风速为0时，与空冷凝气换热后的热空气
图11空冷岛周图温度云图（风速v=13m/aX=40m）
自由蒸腾，随着环境风速的逐渐增大，受环境风的影响，热空气的自由蒸腾受到影响越严重，当环境风速较大时，整个凝汽器特别是靠近迎风面的区域，受环境横向风的压制，出现热风再循环，换热性能恶化，最终影响了凝汽器的换热效率.
2.2环境风温对空冷凝汽器换热的影响
空冷凝汽器的换热性能的优劣，不仅受到换进风速的影响，同时换热效率的高低与风机人口空气湿度的影响.
以环境风速0m/s、3m/s、6m/s、9m/s为例进行数值模拟分析.如图12所示，为不同环境温度下空冷岛换热效率图，由图分析可知，在环境风速不变的情况下，换热效率随着环境温度的提高而逐渐下降；在环境温度不变的情况下，换热效率随着环境风速的增加面降低.
图12不同环境温度下空冷岛换热效率图
