塔型参数对于大型冷却塔热力特性影响的数值计算研究

摘要

电厂中自然通风逆流湿式冷却塔的冷却性能直接影响着整个热力系统的性能和电站机组的安全经济运行，而其性能会受到多种因素的影响，除目前研究较多的循环水参数和环境参数外，塔型参数对冷却塔冷却性能也具有不可忽视的影响，但其具体影响规律尚不够明确，于是本文对此进行了深入的探讨。
　　本文首先建立了冷却塔三维数值计算模型，利用实型塔验证了其适用性和准确性。继而以该实型塔为基础塔型研究了无风和侧风工况下进风口高度与塔底直径之比RAUL、塔总高与塔底直径之比RAUZ、淋水面积与出口面积之比Af/Ao、喉部直径与塔底直径之比RAUC、喉部高度与塔总高之比Hth/Ht五个无量纲比值和一个变化值淋水面积Af对冷却塔热力性能的影响规律，并以无风和基础塔型所在地夏季平均风速（3.2m/s）工况为典型工况，研究了RAUL、RAUZ和Af/Ao之间的相互作用，利用循环水温降的极差分析获得了RAUL、RAUZ和Af/Ao的影响大小和主次关系。
　　两个典型工况的单变量计算结果表明:RAUL、RAUZ、Af和Af/Ao对冷却塔性能影响相对较大，增大RAUL、RAUZ和Af及减小Af/Ao均可提高冷却塔的冷却性能，在各变量的研究范围内，RAUZ的改善作用基本不变，随RAUL、Af增大及Af/Ao减小，它们对冷却塔热力性能的影响程度逐渐减小。RAUC和Hth/Ht对冷却塔性能影响相对较小，随RAUC增大，冷却塔热力性能先增强后减弱;无风工况下随Hth/Ht增大冷却塔性能先提高后降低，3.2m/s侧风工况与之相反。通过多侧风风速计算可以看出，冷却塔的临界风速值主要取决于进风口高度、塔总高和淋水面积。
　　塔型参数组合研究表明，增大RAUZ、减小Af/Ao均可使RAUL对出塔水温的影响程度增大，增大RAUL也可增强RAUZ和Af/Ao对出塔水温的改善效果，RAUZ和RAUL的相互作用在3.2m/s侧风工况下比无风工况大，而Af/Ao和RAUL的相互作用则是在无风工况下更大一些;Af/Ao和RAUZ之间的相互作用很小，可不作考虑。
　　由极差分析可知在组合变量取值范围内，各因素对循环水温降的影响由大到小依次为RAUL、RAUZ和Af/Ao，三个因素对循环水温降的综合作用在无风工况下随淋水面积增大而增大，在3.2m/s侧风工况下随淋水面积增大先减小后增大。在每个工况下，只要小淋水面积冷却塔的塔型参数达到一定程度，其冷却性能可能达到与大淋水面积冷却塔相当的程度，建议以塔型而非单一的淋水面积作为冷却塔热力性能指标。
　　本文的研究均是基于无量纲塔型参量进行的，具有普适性，为今后的塔型设计和优化提供了参考，具有一定的理论研究和工程应用价值。