空间站高温材料科学实验系统热控设计及验证

中国空间站高温材料科学实验系统(HTMSES)是中国新一代的可长期在轨运行的综合型多功能空间材料实验装置,其组成复杂、布局紧凑、实验温度高、部组件散热困难,使热控设计难度较大。基于液冷主动控温、辐射间接控温、结构热控一体化协同优化设计等多种思路对热控组件进行设计,有效解决热控难题。利用有限元分析软件计算科学实验系统热设计的温度结果;然后开展加热实验对热设计方案进行验证。数据显示HTMSES在提供材料制备所需要的最严苛实验工况(1200℃)情况下,各关键部件处于友好的温度范围内,其中电机最高温度为42.2℃,编码器最高温度为40.6℃,丝杠最高温度为62.4℃,滑块最高温度为59.6℃,导轨最高温度为57.3℃,科学实验系统皮肤可触及部位最高温度为31.6℃,各温度结果均满足热控指标要求,表明设计方案合理可行,为同类型设备热设计提供了一种设计思路和参考依据。

间接空冷和直接空冷系统技术经济分析

介绍了北方地区发电机组空冷技术的应用情况。通过比较直接空冷和间接空冷的技术特点和投资分析,得出间接空冷系统在运行维护和技术经济性上有着较多优势,如机组运行稳定性及夏季运行安全性均较好,基本无噪音,容易清洗等。采用国产化大型间接空冷系统可提高发电厂运行的经济性。

间接空冷系统空冷散热器运行特性的数值模拟

以某6×1000 MW间接空冷电厂主要建筑物和空冷塔平面布局为例,通过CFD模拟,得到了冷却空气流场、温度场,分析了机组热负荷、环境气温、风速、风向对空冷散热器进口空气流速的影响.结果表明:处于环境风上游的空冷散热器单元,其迎面风速最大,空气温度最低,冷却效果最好;而处于侧面的空冷散热器单元,迎面风速最小,空气温度最高,冷却效果最差.随机组热负荷增加,空冷散热器冷却空气流量增加,随环境气温、风速增加,空冷散热器冷却空气流量减小.风向的改变也会影响散热器的运行特性.

间接空冷散热器空冷塔流动和传热的数值研究

依托实际工程项目,利用计算传热学(NHT)软件FLUENT,对自然通风状态下,某600 MW机组表面式间接空冷散热器空冷塔的流动和换热性能进行了数值模拟、分析和研究.确定了考核工况基准下,不同环境风速对空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量的影响.模拟结果显示,随着环境风速的增加,空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量减小.它为间接空冷系统的优化设计提供理论依据.

小汽机表面式间冷散热器流动和传热数值研究

针对实际工程问题,利用计算传热学(NHT)软件FLUENT,对自然通风状态下,某表面式间接空冷散热器空冷塔的流动和换热性能进行了数值模拟、分析和研究.确定了不同环境风速对空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量的影响,为间接空冷系统的优化设计提供理论依据.

大型间接空冷塔塔形优化

间接空冷系统冷却塔的投资是大型空冷电站建设的主要组成部分。在满足机组冷端散热负荷要求的前提下,优化冷却塔塔形可以有效降低电站的造价,提高经济性。以典型600 MW间接空冷机组的空冷塔为研究对象,考虑空冷换热器前后空气密度差产生的抽吸作用,及其与空冷塔各个流动环节阻力作用的平衡,建立了空冷塔受结构尺寸影响的阻力与迎面风速的关联式,以此为基础,构建间接空冷塔的动力方程和传热方程;综合考虑空冷塔散热负荷、塔体结构和空冷散热器面积,以空冷系统总投资最小为目标,采用拉格朗日乘子法,建立间接空冷系统的优化数学模型。结果表明:黏性耗散和进口风速的转向造成的阻力与空冷塔尺寸参数密切相关;最小投资成本对应的空冷系统选型结果是减小空冷塔的尺寸,增加换热器管束的换热面积。该研究结果可为空冷机组空冷塔选型提供参考。

表面式间接空冷散热器换热特性的数值研究

利用计算传热学软件Fluent,对自然通风状态下某间接空冷塔内布置的表面式空冷散热器的流动和换热性能进行了数值模拟和分析,并将间接空冷散热器考核工况下的模拟结果与设计点进行了比较.结果表明:在3 m/s环境风速下,空冷塔散热器的换热量为设计工况下的95.6%;环境风对空冷塔的出流产生压制作用.数值模拟结果还需进一步进行试验验证和工程检验;考虑到空冷塔间的相互影响,在获得厂区布置图后,还需对其进行更加详细的数值研究.采用数值模拟的方法可为间接空冷系统的优化设计提供帮助.

挡风墙对小型间接空冷塔性能影响的数值模拟

侧风对间接空冷塔会产生不利影响,尤其对小型空冷塔,如用于地热发电和太阳能发电的空冷塔(高度低于30 m)的影响更为严重。对此,采用Fluent软件模拟了不同侧风速度下小型空冷塔内外空气流场、散热效率及温差的变化情况,提出在小型空冷塔内加装挡风墙,并对其进行数值模拟。结果表明:加装挡风墙后,空冷塔内外的空气流场分布得到了明显改善,可以有效地降低侧风影响;尤其在侧风速度>12 m/s时,散热效率随着风速的增加而提高。

钢塔对间冷散热器换热性能的影响

利用计算传热学软件Fluent,在自然通风状态下,对国内首个2×660 MW机组钢结构外覆铝板冷却塔间接空冷散热器的流动和换热性能进行数值模拟、分析和研究.考核工况下,水平加强环对散热器换热量和钢塔通风量的影响约占设计值的2.7%;铝板换热量约占机组排热量的0.6%;随着环境风速的增大,钢塔抽力逐渐降低;当环境风速高于10m/s时,出现塔内热空气流出冷却柱的现象;当环境风速高于20m/s时,塔内出现"穿堂风",间冷散热器的换热量和钢塔通风量明显增加;当环境风速低于12m/s时,随着环境风速的增大,间冷散热器的换热量和钢塔通风量逐渐降低;当环境风速高于12m/s时,随着环境风速增加,间冷换热量和钢塔通风量呈增大趋势.

间接空冷散热器和空冷塔的流动传热特性研究

环境风对间接空冷散热器和空冷塔的性能影响显著。本文基于2?350 MW间接空冷机组散热器塔外垂直布置空冷系统,采用CFD数值模拟的方法对空冷散热器和空冷塔的流动换热特性进行了分析,获得了空冷散热器和空冷塔在不同环境条件下的流场、温度场和空冷机组的风量和换热量随环境风速变化的规律。结果表明:随着环境风速的增加,空冷散热器的散热量和空冷塔的通风量不断减少,在12 m/s时达到临界值,随后空冷散热器换热量随着环境风的增加有所改善。

周围建筑物对间冷塔换热性能的影响分析

火电厂间接空气冷却塔(间冷塔)除受环境风速影响外,其周围的建筑物对其换热性能也有一定的影响。以某电厂600 MW间接空冷机组为研究对象,为有效提高间冷塔的换热效率,建立了间冷塔几何及数值计算模型;采用Fluent软件中多孔介质模型和Heat Exchanger Model模型,通过数值计算分析了不同环境风速对间冷塔换热的影响;对间冷塔周围有建筑物和无建筑物时的换热性能进行了对比分析。结果表明:无环境风时,间冷塔周围有无建筑物对塔换热性能无影响;有环境风时,间冷塔周围有无建筑物的换热性能都随风速的增大先减小后增加,但是两者的最小值不同,无建筑物为12 m/s,有建筑物5. 5 m/s;建筑物对大风情况下间冷塔的换热性能改善效果显著。

表面式间接空冷散热器传热特性分析

以表面式间接空冷散热器为例,建立了间接空冷散热器冷却单元的一维传热数学模型。通过该模型,计算并分析了冷却水流量、温度及空气进口温度(环境温度)、流速等对空冷散热器传热性能的影响。计算结果显示,随着冷却水流量、温度和空气流速、温度的增大,散热器总传热系数逐渐增大;散热器总传热系数更接近于空气侧表面传热系数,其中空气流速对总传热系数的影响尤为明显;积灰对散热器传热性能的负面影响较大,积灰越厚,散热器总传热系数越小。另外,利用本文模型,得到了一定条件下间接空冷系统冷却水最佳流量,为间接空冷机组的运行了提供一定的理论依据。

间接空冷塔内外流动和传热性能的数值模拟研究

利用流体计算软件FLUENT,对自然通风状态下,某电厂2×300 MW机组两机一塔的间接空冷塔内外空气的流动和传热性能进行了数值模拟研究。将空冷塔划分为W区、T l区、T r区和L区,在确定的考核工况基准下,模拟了不同环境气温、不同环境风速对空冷塔各区域通风量和间接空冷散热器散热量的影响。模拟结果显示,当风速高于6 m/s时,空冷塔通风量和空冷散热器散热量随着气温的升高而增大,此时高温处于有利状况。同一气温下,随着环境风速的增加,空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量减小,W区通风量呈线性增加,T l区、T r区和L区通风量减小。该结论为间接空冷系统空冷散热器的优化设计提供了参考。

风向对电站辅机干冷塔散热器性能的影响

采用计算传热学(NHT)软件Fluent,对某台300MW机组辅机干冷塔新型间接空冷散热器设计工况下的流动和换热性能进行了数值模拟、分析和研究。结果表明:当风机转速为100%时、90°风向下,间接空冷散热器的性能最好,达到了设计值,且45°风向时散热器换热不佳,热风回流现象是影响散热器换热性能的主要因素;当风机转速为110%时、90°风向下,间接空冷散热器的性能最好,达到了设计值,而在不同风向下其抗风能力较100%转速有所提高,热风回流的影响显著降低,22.5°为最不利风向。

大型空冷散热器高效全自动清洗技术及装备

电站间接空冷散热器表面积大,清洗工作量大,清洗技术不成熟。塔外清洗喷嘴距空冷散热器距离远,大于水射流有效靶距,清洗效果差;塔内清洗存在较大的清洗盲区。针对上述问题,在塔内清洗方法的基础上,优化了垂直导向机构,将垂直导向机构做了轻量化设计,在垂直导向机构上、下分别设计并安装了2套清洗执行机构,根据项目不同可分别调整清洗机构安装位置,解决上、下清洗盲区问题;翻转机构安装在垂直导向机构两侧,保证了垂直导向机构不倾斜,清洗架不倾斜。

三塔合一间接空冷塔热力性能的数值研究

利用FLUENT数值计算软件建立了散热器塔外垂直布置和塔内水平布置的三塔合一间接空冷塔的数学模型,对不同环境风速进行模拟计算,得到了相应的压力场、温度场和速度场,分析了散热器的布置方式对热力性能的影响。研究结果表明:无风时,散热器的布置方式对热力性能的影响非常小;存在环境风,当风速不超过12 m/s时,两种布置方式的热力性能差异较小;当风速超过12 m/s时,两种布置方式的热力性能差异逐渐变大;散热器塔外垂直布置的空冷塔的热力性能优于散热器塔内水平布置的空冷塔的热力性能。为这种复合塔的优化运行提供参考。

600MW三塔合一间接空冷塔塔内流场特性研究

采用数值计算软件Fluent对600MW三塔合一间接空冷塔进行了三维模型计算,通过改变环境风速模拟研究了空冷塔内部流场流动情况。着重分析了不同风速下烟塔内部流动通风量变化特性和塔内气流流动形成的漩涡变化规律。结果表明,无风工况时,空冷塔内部流动稳定,无漩涡扰动,流动平稳。有环境风工况下,漩涡对称分布在脱硫塔两侧,在中速风下漩涡面积整体更大,漩涡的大小直接影响塔内气体流动;随着环境风速的增大,漩涡位置也逐渐向背风侧移动,造成背风侧区域流动也更加紊乱,直接影响背风侧散热器换热效果;随着塔内气流上升,漩涡也在逐渐增大。

钢塔和混凝土塔间冷散热器数值试验对比研究

利用ANSYS FLUENT软件,在自然通风状态下,对某2×660MW机组钢结构外覆铝板塔和钢筋混凝土塔及间接空冷散热器的流动和换热性能进行了数值模拟、分析和研究。以间冷系统设计工况为基准,钢塔通风量高于混凝土塔约2.82%;钢塔抽力高于混凝土塔约3.92%;钢塔间冷散热器换热量高于混凝土塔约2.73%。间冷塔模拟整体阻力略小于阻力叠加得到的设计总阻力。考核工况不同环境风速下,钢塔通风量和散热器换热量均高于混凝土塔;间冷塔通风量、散热器换热量和抽力的变化趋势不完全一致。低风速下,间冷塔的透风率为0。10m/s^20 m/s环境风速下,间冷塔的透风率为1.44%~11.64%。当环境风速高于18m/s时,塔内将出现明显的“穿堂风”现象。

SCAL型间接空冷塔内外空气流动和传热性能数值研究

利用计算流体力学软件CFD,对自然通风状态下,某电厂2×300 MW机组两机一塔的SCAL型间接空冷散热器空冷塔内外空气的流动和传热性能进行数值模拟、分析和研究。确定考核工况基准下,不同环境风速对空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量以及机组背压的影响。模拟结果显示,随着环境风速的增加,空冷塔内外流场发生复杂变化,空冷塔通风量和散热器散热量降低,机组背压升高,将引起很大的经济损失。这为间接空冷系统空冷散热器的优化设计提供了参考。

350MW超临界间接空冷机组冬季防冻措施研究

间接空冷机组的散热器暴露在大气环境中,在冬季寒冷地区运行时,散热器的翅片管极易发生冻结,造成设备的损坏甚至引发停机事故。散热器翅片管被冻裂后的修复周期长,且工艺复杂。发生冻结事故后,将给电厂造成严重的经济损失。以某型2×350 MW超临界间接空冷机组为例,分析了表面式间接空冷机组散热器冻结的原因,并提出相应的调整措施,提高了间接空冷机组在冬季高寒地区的运行性能。