工業(yè)過程中機(jī)械通風(fēng)逆流濕式冷卻塔的熱力性能對生產(chǎn)效率有重要影響,其性能受塔體構(gòu)造、氣水參數(shù)與風(fēng)機(jī)抽力等多方面限制。由于場地受限,機(jī)械通風(fēng)冷卻塔塔群一般為背靠背陣列式布置,進(jìn)風(fēng)方式多為單側(cè)進(jìn)風(fēng)。當(dāng)單側(cè)進(jìn)風(fēng)時(shí),冷卻塔雨區(qū)配風(fēng)沿塔深方向很不均勻,內(nèi)側(cè)區(qū)域冷卻效率較低。在側(cè)風(fēng)工況下,風(fēng)速與風(fēng)向直接影響了冷卻塔的進(jìn)風(fēng)性能。目前關(guān)于側(cè)風(fēng)對機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的影響機(jī)制研究較少,尤其是單側(cè)進(jìn)風(fēng)冷卻塔,側(cè)風(fēng)對冷卻塔的作用機(jī)理尚不明確。基于此,本文將通過數(shù)值模擬方式研究單側(cè)進(jìn)風(fēng)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的三維熱力性能及不同因素尤其是外界側(cè)風(fēng)對塔性能的影響,分析各種因素下塔內(nèi)流場、溫度場、壓力場等分布,在此基礎(chǔ)上探討冷卻塔的三維增效機(jī)制。本文建立了關(guān)于單側(cè)進(jìn)風(fēng)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的三維計(jì)算模型,并采用實(shí)型塔的實(shí)測數(shù)據(jù)證實(shí)了所建冷卻塔模型的準(zhǔn)確性。基于上述模型,計(jì)算分析單側(cè)進(jìn)風(fēng)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔在有無側(cè)風(fēng)時(shí)的熱力性能,顯示了冷卻塔內(nèi)流場、壓力場與溫度場等三維分布,采用通風(fēng)量、出塔水溫溫降與冷卻效率來評價(jià)冷卻塔的熱力特性。無風(fēng)工況時(shí),由塔內(nèi)水氣參數(shù)分布可知:空氣流速沿塔深方向逐漸變小,空氣溫度與濕度水平不斷增加,出塔水溫逐漸增加,冷卻塔內(nèi)側(cè)區(qū)域冷卻效率較低。進(jìn)風(fēng)口上緣處出現(xiàn)縱向漩渦,使有效通風(fēng)量減少,局部冷卻效率降低。塔外區(qū)域出現(xiàn)了明顯的出塔氣流回流現(xiàn)象,使進(jìn)塔氣流溫度與濕度水平提升。無風(fēng)時(shí),塔內(nèi)填料層的水氣間換熱能力最強(qiáng),雨區(qū)僅次于填料區(qū)。相比于填料層與雨區(qū),配水區(qū)水氣間換熱能力較弱。當(dāng)迎面進(jìn)風(fēng)時(shí),通過對變工況下的冷卻塔性能的研究可知:在所研究的側(cè)風(fēng)風(fēng)速范圍內(nèi),冷卻塔的熱力性能均隨進(jìn)塔水溫的升高而升高,隨循環(huán)水量與環(huán)境干球溫度的升高而降低。當(dāng)側(cè)風(fēng)風(fēng)速va為2m/s,相比于0°進(jìn)風(fēng),不同風(fēng)向的塔內(nèi)有效通風(fēng)量均減少,當(dāng)風(fēng)向?yàn)?0°、135°及180°時(shí),出塔氣流出現(xiàn)回流現(xiàn)象。風(fēng)速與風(fēng)向?qū)蝹?cè)進(jìn)風(fēng)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔性能有明顯的影響。對于任一風(fēng)速,風(fēng)向?yàn)?°的冷卻塔性能最好,45°進(jìn)風(fēng)的冷卻塔性能次之,冷卻塔的熱力性能均隨側(cè)風(fēng)風(fēng)速的增加而增強(qiáng),側(cè)風(fēng)的存在有利于冷卻塔的運(yùn)行。90°、135°及180°進(jìn)風(fēng)的冷卻塔性能均較低,冷卻塔冷卻性能均隨側(cè)風(fēng)風(fēng)速的增加而減小。在所研究的側(cè)風(fēng)風(fēng)速范圍內(nèi),當(dāng)風(fēng)速va小于5m/s時(shí),90°進(jìn)風(fēng)的冷卻塔性能強(qiáng)于135°進(jìn)風(fēng),180°進(jìn)風(fēng)的冷卻塔冷卻效率最低。風(fēng)速va大于5m/s時(shí),135°進(jìn)風(fēng)與180°進(jìn)風(fēng)的冷卻塔性能反而強(qiáng)于90°進(jìn)風(fēng)�；诶鋮s塔內(nèi)的三維傳熱特性,采用填料非等高布置與導(dǎo)風(fēng)管布置以優(yōu)化冷卻塔的熱力性能。填料非等高布置方式為:填料內(nèi)區(qū)厚度減少,填料中外區(qū)厚度增加。側(cè)風(fēng)工況時(shí),“123”填料布置的冷卻塔性能一直強(qiáng)于填料等高布置與“133”填料布置冷卻塔,但風(fēng)速越大,此種填料布置方式對冷卻塔增效效果越不明顯。對于機(jī)械通風(fēng)冷卻塔,自然環(huán)境下的進(jìn)塔風(fēng)速一般低于8m/s,因此推薦采取“123”填料布置方式來提升冷卻塔的熱力性能。當(dāng)雨區(qū)布置導(dǎo)風(fēng)管后,冷空氣經(jīng)由導(dǎo)風(fēng)管流入冷卻塔內(nèi)側(cè)空間,因沒有受到淋水阻力,其流速一直高于管外氣體流速,改善了冷卻塔內(nèi)側(cè)區(qū)域的流速分布,降低了空氣溫度與濕度水平,使換熱能力加強(qiáng)。通過對橫截面積Ap為3m2、4m2與6 m2導(dǎo)風(fēng)管布置的冷卻塔性能研究可知:無風(fēng)時(shí),導(dǎo)風(fēng)管的存在對冷卻塔性能產(chǎn)生不利影響。在所研究的側(cè)風(fēng)風(fēng)速范圍內(nèi),布置導(dǎo)風(fēng)管后的冷卻塔效率均隨風(fēng)速的增加而增大。其中,Ap為4 m2的導(dǎo)風(fēng)管對冷卻塔的增效效果最好,Ap為3 m2的導(dǎo)風(fēng)管次之。當(dāng)導(dǎo)風(fēng)管Ap為6 m2時(shí),其風(fēng)速va大于5m/s時(shí),導(dǎo)風(fēng)管才對冷卻塔性能有改善效果。由此可知,導(dǎo)風(fēng)管的幾何尺寸并不是越大越好,這由導(dǎo)風(fēng)管內(nèi)新風(fēng)對塔內(nèi)側(cè)流場改善程度、導(dǎo)風(fēng)管阻力大小及占雨區(qū)空間大小三方面共同決定。當(dāng)布置尺寸合適的導(dǎo)風(fēng)管,側(cè)風(fēng)工況下的冷卻塔性能會有明顯的提高。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TH43
【部分圖文】：

緒論??接觸面進(jìn)一步擴(kuò)大。通過塔頂部風(fēng)機(jī)的抽吸作用，塔外低溫的干燥空氣由進(jìn)風(fēng)口自??下而上流入塔內(nèi)，向下落的高溫循環(huán)水與向上流的干冷空氣形成一個(gè)熱交換體系。??當(dāng)水膜和空氣碰觸時(shí)，以水蒸氣表面和空氣間的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，水會產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)??象，帶走汽化潛熱，即蒸發(fā)傳熱，此外還發(fā)生對流傳熱及接觸傳熱。最后水的熱量??散至空氣中，熱量隨空氣排出。散熱降溫后的循環(huán)水經(jīng)由雨區(qū)流到下部的水池，在??塔外再次循環(huán)使用。??在冷卻塔中，塔內(nèi)有效傳熱橫截面上的淋水可近似看作均勻分布，若要使氣水??間的傳熱傳質(zhì)強(qiáng)度沿橫截面處處一致，雨區(qū)的進(jìn)風(fēng)均勻性是很關(guān)鍵的因素［４，５］。只有??當(dāng)塔內(nèi)各區(qū)域局部傳熱傳質(zhì)都較強(qiáng)時(shí)，冷卻塔總體傳熱傳質(zhì)性能才會好。對于單側(cè)??進(jìn)風(fēng)機(jī)械通風(fēng)逆流濕式冷卻塔，雨區(qū)流場分布不均，尤其是遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)口區(qū)域，其空??氣流量較少，冷卻效果很差，這進(jìn)一步造成了上方填料區(qū)及配水區(qū)的冷卻效果差異。??在側(cè)風(fēng)作用下，冷卻塔熱力性能明顯呈現(xiàn)三維分布特性。因此有必要加強(qiáng)塔內(nèi)配風(fēng)??的均勻性，使循環(huán)水與冷空氣進(jìn)行充分換熱，提升冷卻塔的熱力性能。??］［贓氣一?＿??ｆ???…ｗ一??ｔ?廠?＿??￣ｈ￣￣￣；?１????：Ｗ．．?Ａ?．?奢：?Ａ?Ｗ．??￥?ｒ?｜?Ｉ??＇．嚴(yán)?＆?Ｋ?＾??窆氣逬口?Ｉ?Ｉ＇ＨｆＰ??＿水?Ｉ?雜暴?、＇（?＾??ｌ＞：二ｗ?二?ｒ?／?二二三？Ｊ?二二二二二；，：??＼射趑??圖１－１機(jī)械通風(fēng)逆流濕式冷卻塔結(jié)構(gòu)示意圖??１１??

圖１－２技術(shù)路線??

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??外界側(cè)風(fēng)??ｉ??壓力出口：?速度入口??４??Ｉ?；??ｉＩ??圖３－１計(jì)算域及邊界條件設(shè)置??（ａ）傳熱傳質(zhì)區(qū)域網(wǎng)格圖?（ｂ）塔筒區(qū)域網(wǎng)格圖（ｃ）塔外區(qū)域局部網(wǎng)格圖??圖３－２計(jì)算域網(wǎng)格劃分??為了使計(jì)算域具有更高的網(wǎng)格質(zhì)量，將方形計(jì)算域整體劃分為傳熱傳質(zhì)區(qū)域、??塔筒區(qū)域及塔外區(qū)域，并各自用軟件ＧＡＭＢＩＴ進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖３－２所示。當(dāng)進(jìn)??行冷卻塔的數(shù)值計(jì)算時(shí)，將劃分好的三個(gè)區(qū)域網(wǎng)格依次導(dǎo)入ＦＬＵＥＮＴ，從而組合成??一個(gè)完整的計(jì)算域。在劃分網(wǎng)格時(shí)，考慮到側(cè)風(fēng)工況下進(jìn)風(fēng)區(qū)域空氣動(dòng)力場的改變??及對冷卻塔整體性能的重要性，此區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)一步加密。配水區(qū)、填料區(qū)及雨區(qū)作??為冷卻塔內(nèi)主要傳熱傳質(zhì)區(qū)，其重要程度不言而喻，所以每個(gè)區(qū)域的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)都??較多，網(wǎng)格劃分較為密集。整塔塔壁鄰近空間也采用網(wǎng)格加密，這主要考慮了壁面??粘附力對氣流造成的影響�；谝陨先c(diǎn)，方形計(jì)算域網(wǎng)格總數(shù)為１０６萬，并且又??構(gòu)建兩個(gè)總數(shù)為８５萬和１４３萬的計(jì)算域網(wǎng)格以證明數(shù)值計(jì)算的網(wǎng)格獨(dú)立性。??圖３－１顯示了方形計(jì)算域的邊界條件設(shè)置，具體內(nèi)容如下：??在方形計(jì)算域內(nèi)，將冷卻塔塔壁、地面等設(shè)為無滑移壁面，并對其采取標(biāo)準(zhǔn)壁??面函數(shù)法。無外界側(cè)風(fēng)時(shí)，方形計(jì)算域所有側(cè)面均設(shè)置成壓力入口，頂部面設(shè)置成??３０??
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本文編號：2869171