世界范圍內(nèi)水資源日漸匱乏,傳統(tǒng)的蒸發(fā)冷卻式高耗水濕冷換熱裝備已越來越不適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展的需求。電站冷端系統(tǒng)空氣冷卻技術(shù)以其明顯的節(jié)水優(yōu)勢獲得了大力推廣和應(yīng)用。電站空冷系統(tǒng)的釋熱能力受諸多因素的影響,其中復(fù)雜多變的環(huán)境氣象條件和多尺度空冷傳熱表面在結(jié)構(gòu)和布局的同有缺陷是導(dǎo)致空冷系統(tǒng)冷卻性能不佳的主要原因。本文以電站空冷系統(tǒng)為研究對象,采用基于小尺度組元輸運(yùn)特性的多尺度熱質(zhì)傳遞建模仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法,從翅片管束、空冷單元和整個(gè)系統(tǒng)不同層面上,深入探索多尺度空冷傳熱表面輸運(yùn)性能的空間分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)多尺度空冷表面在結(jié)構(gòu)和空間布局上的不足,進(jìn)而提出適應(yīng)復(fù)雜多變環(huán)境條件的新型傳熱表面構(gòu)建原則和空氣流場引導(dǎo)調(diào)控策略,為電站空冷技術(shù)的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)�？绽鋼Q熱器往往采用擴(kuò)展翅片,空氣在翅片管束通道內(nèi)的流動阻力以及在擴(kuò)展表面上的傳熱特性是影響換熱器性能的關(guān)鍵因素。本文首先搭建了翅片管束風(fēng)洞熱態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺得到空氣側(cè)流動傳熱特性,進(jìn)而建立準(zhǔn)確的數(shù)值計(jì)算模型,以此為基礎(chǔ)分析了空氣進(jìn)口速度、基管參數(shù)(排列方式、管間距、基管直徑)、翅片參數(shù)(翅片傾角、翅片厚度、翅片間距)對翅片管束空氣側(cè)輸運(yùn)性能的影響。針對四排管不同基管排列方式探究了翅片表面等高和非等高開槽結(jié)構(gòu)對空氣側(cè)強(qiáng)化傳熱的影響,結(jié)果表明矩形開槽周期性地?cái)_動了平直翅片邊界層的發(fā)展,提升了翅片管束的流動傳熱性能。另外,本文提出了翅片管束對流換熱綜合性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以表征單位功耗下翅片管束的換熱量,并設(shè)計(jì)了最優(yōu)翅片管型和擴(kuò)展表面結(jié)構(gòu)。通過對空冷系統(tǒng)進(jìn)行多尺度仿真模擬,本文揭示了大尺度空冷系統(tǒng)輸運(yùn)性能的風(fēng)效應(yīng)作用原理以及空間分布規(guī)律。為削弱環(huán)境風(fēng)對傳統(tǒng)機(jī)械通風(fēng)空冷凝汽器單元矩形布局的不利影響,提出了一種空冷凝汽器圓形布局方式。結(jié)果表明圓形空冷凝汽器布局可以提高迎風(fēng)面風(fēng)機(jī)的空氣動力學(xué)性能,并減輕兩側(cè)凝汽器單元的熱風(fēng)再循環(huán)現(xiàn)象,因此有效改善了環(huán)境風(fēng)作用下的空冷凝汽器性能。傳統(tǒng)機(jī)械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)具有環(huán)境風(fēng)適應(yīng)性差以及功耗高等固有缺陷,本文提出了自然通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)、混合通風(fēng)直接空冷系統(tǒng),并建立了基于新型空冷系統(tǒng)的傳熱表面構(gòu)建原則。針對塔外垂直布置凝汽器單元“V”形翅片管束空氣動力學(xué)性能的不足,提出了空冷凝汽器管束環(huán)形布局結(jié)構(gòu),以顯著削弱相鄰管束氣流之間的相互影響,改善自然通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)的輸運(yùn)性能。針對凝汽器水平布置的自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)空冷單元入口空氣流場畸變現(xiàn)象,提出了一種翅片管束傾斜布置方式,即翅片通道與基管長度方向呈30°夾角,使其與空冷塔抽力方向平行,以降低空氣流經(jīng)翅片時(shí)的轉(zhuǎn)向阻力損失,減小壓降�；旌贤L(fēng)直接空冷系統(tǒng)中的冷卻空氣在自然通風(fēng)空冷塔和軸流風(fēng)機(jī)的聯(lián)合驅(qū)動下流經(jīng)換熱器,形成以自然通風(fēng)為主機(jī)械通風(fēng)為輔的驅(qū)動方式來大幅降低風(fēng)機(jī)功耗。本文獲得了混合通風(fēng)空冷系統(tǒng)熱力性能參數(shù)隨環(huán)境風(fēng)速風(fēng)向的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)環(huán)境風(fēng)作用下凝汽器圓形布置方式的混合通風(fēng)空冷系統(tǒng)可在滿足冷端換熱需求前提下明顯降低機(jī)組背壓�；凇坝行б龑�(dǎo)風(fēng)場能量,實(shí)現(xiàn)風(fēng)能資源化利用”的原則進(jìn)行空冷系統(tǒng)冷卻空氣流場引導(dǎo)調(diào)控,以改善空冷設(shè)備輸運(yùn)性能,實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的資源化利用。研究結(jié)果表明,通過對機(jī)械通風(fēng)空冷凝汽器迎風(fēng)側(cè)單元實(shí)施空氣引導(dǎo),可顯著降低不利環(huán)境風(fēng)效應(yīng),大幅改善直接空冷系統(tǒng)的熱力性能。通過對自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)塔外垂直布置凝汽器單元內(nèi)部和外部實(shí)施環(huán)境風(fēng)引導(dǎo),側(cè)風(fēng)面空冷凝汽器單元流動傳熱性能明顯提升且不同冷卻扇區(qū)熱負(fù)荷非均衡性降低,空冷系統(tǒng)整體輸運(yùn)性能得到強(qiáng)化�？傊�,空氣流場引導(dǎo)調(diào)控策略的應(yīng)用可顯著改善復(fù)雜環(huán)境風(fēng)場下空冷系統(tǒng)的流動傳熱性能并有效降低機(jī)組的運(yùn)行背壓。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM621
【部分圖文】：

華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文??發(fā)電（圖１－２）和光熱太陽能發(fā)電（圖１－３）的主要冷卻方式，其顯著的節(jié)水優(yōu)勢，??也改變了“水定水”的被動局面。電站冷端空冷系統(tǒng)通過空氣直接或間接冷卻汽輪??機(jī)排汽，基本不存在冷卻水的損失，相比于同等容量的水冷機(jī)組，空冷機(jī)組可減少??耗水量約６５％以上１８】。??

華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文??發(fā)電（圖１－２）和光熱太陽能發(fā)電（圖１－３）的主要冷卻方式，其顯著的節(jié)水優(yōu)勢，??也改變了“水定水”的被動局面。電站冷端空冷系統(tǒng)通過空氣直接或間接冷卻汽輪??機(jī)排汽，基本不存在冷卻水的損失，相比于同等容量的水冷機(jī)組，空冷機(jī)組可減少??耗水量約６５％以上１８】。??

器翅片管進(jìn)行了大量調(diào)查研宄。其中，［）ｕａｎ等Ｍ通過對空氣側(cè)波形翅片扁平管流動??和傳熱特性的數(shù)值計(jì)算，研宄了翅片間距、波形跨度、波幅以及雷諾數(shù)對空氣側(cè)傳??熱性能的影響，并給出了最優(yōu)結(jié)構(gòu)配置（圖１－７）。石磊等１｜（＞１通過數(shù)值模擬的方法對電??站直接空冷凝汽器橢圓管進(jìn)行了研究，得到了阻力和換熱系數(shù)隨風(fēng)速變化的計(jì)算公??式。Ｍａｔｏｓ等利用數(shù)值模擬的方法對圓管和橢圓管進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)采用橢??圓管比圓形管有更好的換熱效果和經(jīng)濟(jì)性。￥ａｈｍ等—研究了平直翅片管換熱器翅??片角度對流動傳熱性能的影響，數(shù)據(jù)分析表明３０°為最佳翅片角度。孫曉鳴等１｜３１對??典型的橢圓翅片管進(jìn)行了分析研宄，并對不同橢圓管偏心距和開槽翅片槽道錯列高??度進(jìn)行丫優(yōu)化，結(jié)果表明，當(dāng)短軸和長軸的比為２：３，換熱效果最優(yōu)。賈思寧等１｜４｜對??空冷系統(tǒng)常用Ｆｏｒｇｏ型鋁管鋁翅片和橢圓鋼管鋼翅片的流動傳熱性能進(jìn)打／數(shù)價(jià)ＷＩ??究，通過管束性能評價(jià)因子Ｍ／／／ｌ／３對比發(fā)現(xiàn)，Ｆｏｒｇｏ型翅片管性能優(yōu)丨讓尚翅〗；竹。??Ｍｉ和Ｇｒｏｓｓｌｙ針對順排和叉排布置翅片管束，研究了翅片間距對其性能的影響，發(fā)??
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本文編號：2864242