[发明专利]超大型逆流式自然通风冷却塔工艺设计三维仿真计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷却塔的仿真设计技术，特别是涉及超大型逆流式自然通风冷却塔工艺设计三维仿真计算方法。

背景技术

超大型自然通风冷却塔是内陆电厂中最为普遍的换热装置，随着火电机组容量的提高以及内陆核电的发展，需要采用超大型逆流式自然通风冷却塔来满足机组对换热装置越来越高的要求。内陆核电站所用冷却塔的淋水面积达到2×10⁴~3×10⁴，其设计尺寸已发展到塔高近220m、塔底直径近185m，这远远大于常规冷却塔的设计尺寸。

对于超大型自然通风冷却塔，在环境侧风的影响下，冷却塔轴对称的空气动力场遭到破坏，塔内冷源空气也不再呈周向均匀分布。塔内空气流动的三维性，必然影响到塔内传热传质区各区传热传质强度，造成塔内传热传质强度的非线性分布，并进一步影响到冷却塔总体传热传质性能。环境侧风一般会强化塔内迎风区域的传热传质效果，但对其他区域的热力性能却产生不利影响。

对于超大型逆流式自然通风冷却塔，鉴于其径向尺寸更大，塔底进风口附近空气流动的自由空间更大，进塔空气三维分布更易受到环境气象条件的影响。为充分利用进塔空气，实现冷却塔总体冷却性能的提高，需对超大型逆流式自然通风冷却塔气-水流场及传热传质过程进行三维仿真研究。而国内外有关冷却塔的常规分析研究方法，通常是一维方法（只考虑冷却水和空气参数高度方法的变化）和二维方法（可考虑气-水参数在高度方向和径向的变化），两者几乎不考虑塔内外气-水参数沿冷却塔周向的变化，更无法对呈现三维特征的空气流场、非均匀配水进行计算。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种超大型逆流式自然通风冷却塔工艺设计三维仿真计算方法，能够按照超大型冷却塔内部场流进行三维特征的模拟。

一种超大型逆流式自然通风冷却塔工艺设计三维仿真计算方法，包括：

根据超大型冷却塔的工艺尺寸，建立所述超大型冷却塔的三维网格模型，其中，所述工艺尺寸包括零米直径、出口直径、喉部直径、喉部高度、塔高；

计算所述超大型冷却塔的环境空气参数和冷却水参数，将参数导入预设的环境气象程序；

在计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件中读入所述三维网格模型，编译所述环境气象程序；

指定水温标量的计算区域为传热传质区，设定控制参数；对所述计算域进行初始化，进行计算得到仿真计算结果。

实施本发明，具有如下有益效果：

与传统的一、二维仿真技术相比，本发明的三维数值仿真技术有着更大的适用范围和更小的适用条件。如下表所示。

冷却塔一维、二维和三维数值模型的对比表

附图说明

图1为本发明超大型逆流式自然通风冷却塔工艺设计三维仿真计算方法的流程图；

图2为本发明超大型冷却塔的三维网格模型的示意图；

图3为本发明超大型逆流式自然通风冷却塔工艺设计三维仿真计算方法的实施例流程图；

图4为本发明超大型逆流式自然通风冷却塔工艺设计三维仿真计算方法的实施例示意图之一；

图5为本发明超大型逆流式自然通风冷却塔工艺设计三维仿真计算方法的实施例示意图之二。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

二维及拟二维数值仿真计算方法，可以在无环境风、无环境建筑影响以及冷却塔稳定运行时，提高冷却塔热力计算的精度而不较大增加热力计算的时间。它采用计算流体力学方法，塔内空气流动采用轴对称定常不可压缩二维雷诺时均方程，采用k-ε双方程湍流模型对雷诺应力进行封闭。控制方程如下：