基于定热负荷的自然通风湿式冷却塔防冻特性三维数值研究

针对湿式冷却塔(湿冷塔)冬季运行易出现填料底层、进风口上缘等位置易挂冰的实际问题,建立了基于定热负荷的自然通风湿冷塔三维数值模型,探究了湿冷塔在严寒天气不外加防冻装置运行时的防冻特性规律,分析了填料底层水温、通风量等关键参数的变化特征及影响因素。研究结果表明:环境温度越低,机组负荷对填料底层平均水温、最低水温的影响越大;填料底层水温偏差变化的主要因素是机组负荷、环境风速、配水方式,其中配水方式的影响幅度较大,机组负荷次之,环境风速影响较小;通风量与机组负荷呈正相关关系,与环境温度呈负相关关系;环境温度相同时,外圈配水下的通风量小于全塔配水;迎风侧内部较低处及背风侧外部的水温最低,冻结风险最大,湿冷塔冬季运行时,应着重在迎风侧和背风侧进行防冻装置布置。

气侧均流装置对冷却三角单元流动传热特性影响的实验研究

对于间接空冷系统冷端基本传热元件−冷却三角单元,通过在其加装及相邻未加装气侧均流装置冷却三角单元内的两侧冷却柱沿散热管束横向布置风速、风温、壁温测点,进一步在左右两侧出水柱布置壁温测点,对比分析两侧冷却柱沿散热管束横向迎风风速、风温、壁温及出水壁温的变化规律,研究气侧均流装置对冷却三角单元流动传热特性及出水壁温分布的影响机制。研究结果表明:加装气侧均流装置后冷却三角单元两侧冷却柱沿散热管束横向迎风风温、壁温分布更加均匀,两侧出水柱壁温均值更低,且降低了两侧出水柱壁温差,气侧均流装置优化了两侧冷却柱的换热均匀性。

7 T与3 T MRI对健康人脑内灰质核团铁沉积的定量比较

目的比较在7 T与3 T场强下应用定量磁化率成像(QSM)分析正常人脑深部灰质核团铁沉积的差异。方法前瞻性招募无神经系统疾病的健康青年志愿者10例,平均年龄(22±3)岁;均行7 T及3 T MRI扫描采集QSM数据。应用STI-suite算法进行QSM后处理,手动勾画12个感兴趣区(包括双侧的红核、黑质、苍白球、壳核、尾状核头及丘脑),并测量脑灰质核团内的磁化率值。以7 T QSM上总体核团的平均磁化率值为参考,将核团分为高磁化率组和低磁化率组。采用配对t检验或Wilcoxon秩和检验比较同一核团在2种场强下QSM的磁化率差异。采用线性回归模型和Bland-Altman图分析2种不同场强下各核团定量磁化率的拟合度及一致性。结果3 T上测得的脑内灰质核团总体磁化率值高于7 T(P<0.05)。高磁化率组(红核、黑质、苍白球)各个核团以及总体结果均在3 T上测得的磁化率值高于7 T(P<0.05),低磁化率组(尾状核、壳核、丘脑)各个核团以及总体结果在2种场强下测得的磁化率值差异均无统计学意义(P>0.05)。线性回归结果显示2种场强下,核团总体磁化率值(R^(2)为0.954)及各核团的磁化率值的拟合度(R^(2)为0.803~0.936)均较好;Bland-Altman图分析显示2种场强下低磁化率组中各核团的磁化率值的一致性均较高,高于高磁化率组各核团。低磁化率组在2种场强下测得的磁化率拟合度(R2=0.995)高于高磁化率组(R^(2)=0.862);且低磁化率组在2种场强下磁化率的一致性高于高磁化率组。结论7 T与3 T场强下测得的低磁化率核团的磁化率值一致性较高,而在高磁化率核团中两者的差异较大,进行QSM评估时应注意场强对定量不同磁化率组织铁沉积的影响。

十字隔墙湿式冷却塔冷却特性的数值研究

为阐明十字隔墙对自然通风逆流湿式冷却塔冷却特性的影响,基于CFD软件FLUENT,建立了十字隔墙湿式冷却塔的三维数值计算模型,对塔内外空气动力场及塔内气-水两相间的传热传质进行了三维数值模拟。在2种典型风向下,分析了十字隔墙对冷却塔雨区空气动力场、水池水面水温场、通风量、塔内各区平均传热传质系数、各区冷却水温降及冷却水总温降的影响。研究表明:低风速时,十字隔墙可增大冷却塔总体冷却性能;高风速时,风向与迎风侧第1块隔墙平行时,冷却塔总体冷却性得到提高,风向与迎风侧第1块隔墙夹角为45°时,冷却塔总体冷却性能下降,间隙十字隔墙可有效减小无缝十字隔墙因高速侧风风向变化而产生的不利影响。

填料非均匀布置对大型冷却塔冷却性能的影响

为分析填料非均匀布置对自然通风逆流湿式冷却塔冷却性能的影响机制,建立了某大型冷却塔冷却性能计算的三维数值计算模型,结合实测工况验证了所建模型的正确性,在不同风速的环境自然风下,计算分析了填料非均匀布置对塔内空气流速、密度和水温等参数分布的影响。结果表明,填料外围增高是冷却塔冷却性能改善的主要原因。外围填料增高强化了该区冷却性能,降低了该区空气流速及其上方空气密度,使冷却塔抽力增大,从而强化填料中间和内围通风,改善了冷却塔中间、内围及其整体冷却性能。高速自然风下,填料非均匀布置使塔内上升空气流速下降较多,其对冷却塔冷却性能的改善作用也相应减小。

侧风对湿式冷却塔空气动力场影响的数值分析

基于CFD软件Fluent,对侧风影响下的自然通风逆流湿式冷却塔进行了三维数值模拟,对风速廓线指数和雨滴当量直径进行了敏感性分析,研究了侧风风速对冷却塔内外空气动力场和塔内传热传质区冷却性能的影响。结果表明,侧风造成进风口进风相对偏离度增大,并形成横向通风量;横向通风量虽强化了雨区冷却性能,但使塔纵向通风量降低;纵向通风量的降低对填料区传热传质强度形成不利影响,降低了填料区冷却水温降,使出塔水温升高。进风相对偏离度的分析表明,通过改善进风口空气动力场,可以降低环境侧风对进风口径向风速周向分布的影响,提高侧风影响下的冷却塔总体冷却性能。

自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析

基于CFD软件Fluent和传热传质理论,建立了自然通风逆流湿式冷却塔空气三维运动控制方程、液相冷却水运动控制方程以及气水两相间传热传质的理论模型.采用标准k-ε湍流模型进行应力封闭,对塔内传热传质过程进行了三维数值计算.计算分析了塔内外空气的速度场、温度场和含湿量场,给出了塔内冷却水温度分布场,指出塔内雨区外侧部分区域空气和冷却水温度均低于环境干球温度,并指出进风口上沿存在纵向漩涡影响气水两相间的局部传热传质强度.计算了塔内各区冷却水蒸发量,给出塔内不同高度处淋水密度的径向分布曲线和塔内传热传质区的气水比分布场,指出传热传质主要发生在填料区.

环境侧风下间接空冷塔水温分布特性的研究

自然通风间接空冷塔水温分布特性对于其冬季防冻措施优化具有重要的意义。针对某660MW机组间接空冷系统,该文建立了其空冷塔气侧流动传热计算的三维数值计算模型,结合该系统设计工况验证了所建模型的正确性,从系统角度计算分析了环境气温、环境风速等对其冷却柱、冷却三角、冷却扇段及空冷塔出口水温分布的影响规律。研究指出环境气温对空冷塔出口水温不平衡温差影响很小,某一环境气温下空冷塔出口水温分布规律有一定的代表性;环境风恶化空冷塔冷却性能,使其出口水温不平衡温差显著增大,但对散热管束出口水温最低值影响很小;严寒气象条件下,为防止散热管束冻结,空冷塔出口水温控制值应随环境风速增加而增加。

前置式液相介质空气预热器经济性分析及热力系统优化

蒸汽暖风器是锅炉防止空气预热器腐蚀、堵灰的有效手段,但使用蒸汽暖风器会造成锅炉排烟温度升高而使全厂效率下降。该文针对一种新型前置式液相介质空气预热器,根据节能定量分析理论及等效焓降方法,进行了经济性分析,指出在不需要暖风时段,其经济性将变差的缺陷。提出一种优化的热力系统,结合某320 MW机组,进行了应用后的经济性分析,结果表明,此优化系统在不需要暖风时段全厂效率提高百分比由0.11%增至0.51%,全年平均供电标煤耗降低值由0.54 g/(kW.h)提高至1.50 g/(kW.h),经济性显著提高,能确保受热面的高效、安全、连续运行。

十字隔墙对湿式冷却塔性能影响的实验研究

基于热态模型实验,研究了侧风工况下不同形状十字隔墙在不同安装角度下对自然通风逆流湿式冷却塔热力性能的影响。结果表明:存在一临界风速值,当侧风速度低于此值时,冷却塔性能随风速增大而逐渐降低;当风速高于此值时,冷却性能又随风速增大而逐渐恢复。当循环水量和水温增大时,临界风速也会随之增大。安装十字隔墙可以消除侧风对冷却塔性能的不利影响。低风速下,实型和孔隙十字隔墙均可改善冷却塔进风,提高冷却塔热力性能,实型墙效果更好;高风速下,孔隙十字隔墙效果反而优于实型墙。在所研究风速范围内,安装角度为0时十字隔墙的效果要好于45时的效果;在风速较高时,45十字隔墙甚至会降低冷却塔的性能。

自然通风湿式冷却塔冷却数随外界侧风变化规律的研究

外界侧风在很大程度上影响自然通风湿式冷却塔的冷却性能。冷却数作为衡量冷却性能的指标之一，其大小决定着冷却效率的高低。该文根据相似理论，通过热态模型实验，研究外界侧风对湿式冷却塔冷却数的影响规律。实验研究表明：冷却数随外界侧风风速的增加先减小后增大，当侧风风速达到0．7-0．8m／s（相当于实际风速7-8m／s）时，冷却数基本等于无风工况下的值。当外界侧风风速为0．4m／s（相当于实际风速4m／s）时，冷却数达到最低，与无风工况相比，其值降低20％左右，对应的冷却效率降低约10％。该研究通过现场实验验证了实验室模型实验的准确性，现场实验表明：当外界侧风达到3．5m／s（相当于实验风速0．35m／s）时，冷却数降低约18％，冷却效率降低约11％。

侧风下逆流湿式冷却塔优化进风的实验研究

为降低侧风对自然通风逆流湿式冷却塔进风的不利影响,引入一种优化进风的新方法——在进风口周向上安装导风板,同时,为定量分析冷却塔周向进风均匀性,定义进风均匀系数。基于热态模型实验,研究侧风工况下安装导风板对湿式冷却塔进风及热力性能的影响。通过对进风性能及冷却效率的对比分析,揭示了侧风影响冷却性能的2个根本原因:侧风不仅降低了通风量,还破坏了冷却塔周向进风的均匀性,冷却效率的降低是二者共同作用的结果。安装导风板对周向进风进行优化之后,通风量增大,进风均匀系数也有较大提高,塔内传热传质均匀性增强,冷却效率有较大提升。刘易斯因子分析表明,优化进风对传热的强化作用更大,但同时增加了绝对蒸发水损失。

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。

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%。

自然通风冷却塔进风口流场模型的建立及计算

冷却塔的运行状况对电厂的经济性和安全性有较大影响.环境侧风严重影响冷却塔的冷却性能.以逆流湿式自然通风冷却塔为研究对象,建立了冷却塔进风口附近空气流动的数学模型和冷却塔内传热传质的物理模型.采用有限体积法进行了数值计算.得到了冷却塔进风口附近空气动力场的分布规律,同时进行了实型塔的现场测量,与模拟结果对比.该方法可定量评价冷却塔的运行状况,为冷却塔通风量和进风阻力的计算,以及冷却塔全面优化设计和改善冷却塔的冷却性能提供了理论依据.

高位集水冷却塔集水装置内空气流场的研究

高位集水冷却塔在进风口区域布置一系列集水装置收集循环冷却水，传统湿式冷却塔的雨区被消除。集水装置代替传统雨区的布置方式会使高位集水冷却塔的工作性能较传统湿式冷却塔产生变化，这些变化和集水装置本身内部流场密切相关。该文首次采用风洞实验与计算流体力学数值模拟相结合的方法，对集水装置内部流场进行了分析，并对集水斜板角度变化、流道问距变化对集水装置内部流场的影响进行了研究。在所研究集水斜板角度和流道间距的变化范围内，增大集水斜板角度与增大流道间距均可以提高集水装置内部流场的均匀性，减小空气在流经集水装置时的能量损失。同时，该文在研究基础上提出了一种全新结构的集水装置，该装置可防止集水过程中发生溅水现象，并大大增强集水装置内部流场的稳定性并减小空气在流经集水装置过程中的能量损失。最后，该文推导出了不同结构形式的集水装置阻力系数的计算公式，对于今后高位集水冷却塔集水装置的研究具有重要的工程意义。

基于填料蒸发预冷原理的自然通风干式冷却塔夏天运行效率的优化

针对自然通风干式冷却塔夏天运行效率低的问题,提出填料蒸发预冷塔的入口空气的优化措施。填料蒸发预冷一方面引入预冷,可以起到改善干式冷却塔夏天热交换的作用。另一方面,填料也引入了额外的压损,从而减小流经空冷散热器的空气流量,继而会阻碍冷却塔的热交换。对于填料蒸发预冷自然通风冷却塔,存在蒸发预冷所带来的益处与额外压损引入的弊端的权衡,此权衡与蒸发冷却用的填料密切相关。为此,该文分别对2种代表性填料(薄膜式和点滴薄膜式)蒸发预冷的自然通风干式冷却塔进行模拟研究。模拟发现,就蒸发预冷与额外压损的权衡而言,薄膜式填料的性能优于点滴薄膜式填料。该文模拟的120 m高的冷却塔,在高温低湿条件下,经蒸发预冷后的换热效果最高可提升104%。

间接空冷塔热力特性三维仿真平台的二次开发

湿冷塔、空冷塔、空冷岛等大型电站空冷设备,进行三维建模仿真时对设计人员的要求较高,存在建模时间长、经验参数多、对网格质量依赖程度高等缺点。本文基于此,通过二次开发研制间接空冷仿真平台,采用Qt图形库进行仿真平台图形界面开发以满足Linux和Windows系统环境下跨平台运行的要求,实现数值模拟中间冷塔建模、设置、计算和后处理分析标准化和参数化,为今后间接空冷的设计和优化提供参考依据,具有重要的科研和工程应用价值。通过某1000 MW自然通风间接空冷塔的仿真计算,验证了所开发平台的简便性、适用性和准确性。

干湿联合冷却塔消雾节水特性的耦合研究

随着节水、减排、环保等问题的日益严峻,消雾节水型冷却塔逐渐受重视。针对消雾节水型干湿联合冷却塔,建立其传热传质过程气水参数变化的理论计算模型,根据其出塔空气与环境空气掺混过程参数变化,计算分析其成雾特性、蒸发水量,并结合文献数据验证了计算模型的正确性。对标干湿联合冷却塔消雾验收测试的典型规程,通过出塔空气干湿球温度曲线、最大相对湿度曲线、成雾频率曲线和塔雾指数等,结合某干湿联合冷却塔实测数据,分析了干区进水比例对消雾特性、节水特性、冷却特性的影响。对所研究工况,百叶窗全开时干区进水比例越高,干湿联合冷却塔的消雾节水性能及冷却性能越好,为干湿联合冷却塔的设计优化和运行优化提供了参考和指导。

间接空冷冷却三角气侧流动传热特性实验研究

冷却三角单元作为自然通风间接空冷系统的核心传热单元,其气侧流动传热特性直接影响间接空冷系统的冷却特性及防冻特性。针对某1000 MW机组自然通风间接空冷塔,在主导风向迎风面扇段和侧风面扇段选取顶角平分线近似呈90°的2个冷却三角单元,通过在其两侧冷却柱附近对称布置风速、风温及壁温测点,对比分析2个冷却三角单元内空气流速分布和壁温分布,揭示各冷却三角单元流动传热特性及其耦合关系。长时间监测数据显示,冷却三角单元气流分布不均是普遍现象,并直接导致冷却柱壁温分布不均;风速小的冷却柱壁温高,冷却效果差;风速大的冷却柱壁温低,但在冬季低温管束易冻结。因此,应针对间接空冷冷却三角单元进行空气流场重构,以实现其传热强化和防冻优化。