火电厂直接空冷平台的数值模拟

摘要

电站直接空冷技术是一种节水、环保的发电技术，可实现对水资源的循环利用，在我国富煤缺水的北方地区具有广阔的应用前景。由于空冷机组以空气为冷却介质，受季节及昼夜变化的影响，空冷汽轮机的背压随环境气温的变化而变化。因此，掌握整个凝汽器内空气侧的流场特性及规律对凝汽器的设计和优化至关重要。 空冷凝汽器冷却单元的流场计算中普遍采用的方法是将风机和A型框架分开计算或者将风机视为无限薄平面进行集总参数化处理。这两种方法都存在不足，第一种方法计算时边界条件难以给定，而第二种方法的计算误差较大。在此基础上，本文提出将转动部件风机和非转动部件A型框架进行耦合计算的方法对单个冷却单元进行整体分析。 本文的主要工作为： 1)针对空冷风机叶片沿展向载荷分布不合理的问题，采用五次方流型设计空冷风机叶片，并用CFD商业软件NUMECA对风机内部流场进行数值模拟； 2)采用冻结转子方法将风机和A型框架进行耦合计算； 3)分析风机转速变化时凝汽器冷却单元内空气侧流场的变化，并将计算结果与将风机简化为集总参数对象的方法进行了比较。 计算结果表明，在进行风机叶片设计时，采用五次方流型设计空冷风机不仅可以改善叶片根部的扭曲度，而且能取得较佳的气动性能效率，其效率要比等α流型的风机效率高10％左右。因此，采用五次方流型设计的空冷风机具有明显的节能效果。 整机耦合计算是对凝汽器冷却单元空气侧流场的完全模拟，能充分反映空冷风机和A型框架之间的耦合关系。通过计算得到了风机在不同转速时空冷单元内空气的速度、温度的分布，以及凝汽器空气侧的传热系数和散热量。将耦合计算与简化计算进行比较可知，采用简化处理不能体现风机出口切向速度和径向速度对流场的影响，计算误差较大；而耦合计算不仅能有效的克服动静部件间边界条件的确定问题，而且能反映一些重要的流动现象，如倒灌等，腔室内空气流场比较混乱，计算结果更符合实际情况。通过对凝汽器冷却单元的数值模拟，为凝汽器翅片管的优化设计提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1电站直接空冷技术概述

1.1.1电站直接空冷技术的发展概况

1.1.2电站直接空冷技术的特点

1.1.3直接空冷电站的适宜条件

1.2计算流体力学研究现状

1.3空冷平台空气侧流场数值模拟的现状

1.4本文的研究意义及主要内容

1.4.1本文研究的意义

1.4.2本文研究的主要内容

2流体流动数值模拟的基本理论

2.1数值计算方法简介

2.2控制方程

2.3湍流模型

2.4数值计算方法

2.5边界条件的处理

3空冷风机叶片的设计和模拟

3.1轴流通风机的基本理论

3.1.1叶型和叶栅的空气动力特性

3.1.2孤立翼型设计法

3.2五次方流型及其特点

3.3风机叶片设计结果

3.4空冷风机的数值模拟

3.4.1数据的转换及模型建立

3.4.2计算参数的设定

3.4.3数值计算结果

3.5 小结

4空冷凝汽器单元流场计算

4.1对象介绍

4.2基本方程及数值方法

4.2.1基本方程

4.2.2动静干扰计算方法

4.3空冷凝汽器结构及网格划分

4.3.1空冷凝汽器结构

4.3.2网格划分

4.4多孔介质模型

4.5计算结果及分析

4.5.1设计参数

4.5.2风机全压和流量的分析

4.5.3整机耦合计算的优点

4.5.4A型框架内空气流场

4.6小结

5结论及展望

5.1主要结论

5.2今后工作的展望

6致谢

参考文献

附录