不同環境條件下空冷風機群風量分布數值模擬研究

李慶 王帥 陳建英 李瑞華 荊濤 劉冠紅

摘?要：本文通過數值模擬方法，對直接空冷電廠空冷風機群進行研究，揭示了不同環境條件下，風機群風量的空間分布規律，并計算了增加迎風邊緣風機轉速，對空冷島風機風量分布的影響。

關鍵詞：直接空冷;空冷風機;環境風速;風量

中圖分類號：TM621.7?文獻標識碼：B

1 概述

空冷凝汽器利用空冷風機強制對流冷卻汽輪機排汽，維持真空，風機群的工作狀況直接影響汽輪機經濟甚至安全運行，且空冷凝汽器及空冷風機暴露在室外，易受環境條件影響，因此對空冷風機群的研究顯得十分必要[1]。本文主要以數值模擬的手段研究了不同環境條件下的風機群風量分布規律，為電廠運行提供參考。

2 控制方程及湍流方程

本文使用FLUENT商用軟件，對不同環境條件下的風機群風量分布進行研究，基礎模型包括控制方程[2]（連續方程、動量方程以及能量方程）。

由于環境風速及空冷風機出口氣流速度小于當地音速，可看作不可壓縮流體運動，狀態方程由克拉貝隆方程表示：

湍流方程由湍動能及耗散率方程表示：

3 計算模型建立

本文依托北方某電廠2×600MW直接空冷機組進行計算，每臺機組空冷凝汽器配備7行8列共56個空冷單元，空冷平臺高度45m，蒸汽分配管直徑2.5m，擋風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機參數如表1所示：

數值計算采用1：1實物模型，由GAMBIT軟件建立并劃分網格，網格劃分采取分塊的策略，如圖1所示。計算范圍包括空冷單元及空冷島周邊主要建筑，空冷單元內部結構予以省略，風機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模型，模擬其換熱及動力特性，通常處理為在動量方程中加入反映阻力的源項方程[3]：

模型中的風機采用FAN物理模型，風機平面為一個無限薄的平面，氣流經過這個平面產生壓力躍升，壓力躍升值表示為速度的多項式函數：

4 計算結果及分析

隨著風速增加，空冷島上方風壓增大，風機吸入口形成負壓區，翅片管阻力增大以及負壓區的存在雙重作用使得進入空冷單元的風量減小，尤其是迎風列空冷風機受到影響最大。本文使用FLUENT軟件計算得到每個空冷單元的空氣容積流量，風機風量空間分布如圖2-圖4所示：

當環境無風時，風機吸入量并不均勻，中間風機列吸入量比邊緣風機列空氣容積流量大，根據計算，邊緣列至中心列風機吸入量分別為3412.60m3/s、3483.12m3/s、3502.30m3/s和3501.66m3/s，其余四列對稱分布。第三列第四列風機流量一致，比邊緣列約大2.5%。

以無風環境下風機列最大吸入量為基準，定義風機容積效率，為實際吸入量與最大吸入量的比值，可得迎風列、第二列到第八列，容積效率分別為68.3%、83%和93.6%，迎風列受到的影響遠遠大于其余列。隨著風速增加到10m/s，由流線圖可以看出環境風甚至影響到臨機，迎風列容積效率下降至40.8%，第二列風機列容積效率下降為62.5%，第八列風機吸入量為2417.67m3/s，容積效率為69.1%。風速5m/s和10m/s下，空冷風機總風量約為無風條件下的86.8%和64%。不同風速下風機列流量以及容積效率見表2-表3及圖5。

5 小結

本文使用FLUENT商用軟件計算了某直接空冷電廠空冷島空冷風機群在不同風速條件下的風量分布，通過風機群風量分布的計算，為電廠運行提供參考。所得結論如下：

1）無風環境下空冷風機風量并非平均分布，中心風機列風量約比邊緣風機列大2.5%;

2）隨著環境風速增大，迎風面風機列風量迅速減小，在主導風向即x正向風速5m/s和10m/s下，迎風風機列容積效率減小為68.3%和40.8%，其余列風機風量均有不同程度的減小，總風量約為無風條件下的86.8%和64%。

參考文獻

[1]?丁爾謀.發電廠空冷技術[M]，水利電力出版社，1992.3第一版

[2]?陶文銓.數值傳熱學[M]，西安，西安交通大學出版社，2001，第二版

[3]?何偉峰.環境風速對直接空冷電廠運行性能的研究[D]，碩士學位論文，西安，西安交通大學2009