[发明专利]空冷凝汽器水蒸气冷凝过程的数值模拟方法

说明书

本发明公开了空冷凝汽器水蒸气冷凝过程的数值模拟方法属于换热器仿真模拟技术领域，包括如下步骤：建立空冷凝汽器管束三维模型并在三维模型内部划分网格；建立所述空冷凝汽器管束内部的三维空间内水蒸气冷凝换热过程方程并进行求解；对空冷凝汽器管束内水蒸气冷凝过程进行仿真，获得空冷凝汽器管束内水蒸气冷凝过程的仿真模型，手动输入相应数值，获得任一时刻，空冷凝汽器管束中水蒸汽的体积分数的分布值。本发明直接分析了空冷凝汽器内部的水蒸气冷凝过程，直接反应出管束内部水蒸气体积分数的变化。其运行状况不受各种环境因素的影响，给空冷凝汽器的真实构建安装提供了有力的参考依据，意义重大。

技术领域

本发明属于换热器仿真模拟技术领域，特别是涉及到一种空冷凝汽器水蒸气冷凝过程的数值模拟方法。

背景技术

火力发电目前仍然是我国发电最主要的形式，然而火力发电厂的用水量非常大，尤其以循环冷却水的消耗量尤为显著。而且，我国水资源分布存在严重的地域和季节差别，煤炭资源分布也极不平衡，我国重要的能源基地“三北”地区是目前世界上最干旱的地区之一，而南方水资源比较丰富但煤炭资源比较少。冷却水的消耗成为煤炭资源丰富地区发展坑口电站的“瓶颈”问题，因此，发展新节水环保的发电技术对富煤缺水西北地区坑口电站建设尤为重要。针对缺水地区发电厂用水量巨大的问题，建设以空气作为冷却介质来冷凝排汽的空冷机组,代替耗水量巨大的湿冷机组，是解决该问题的有效途径。

直接空冷凝汽器系统有较多优势，可以大量节水、减少空冷系统占地面积、提高综合换热效率和运行更经济等。但是，由于空冷凝汽器本身结构巨大，水蒸汽冷凝相变过程也是一个十分复杂的过程，而且空冷凝汽器直接布置于室外，其运行状况受到各种环境因素影响较大，所以目前对于空冷凝汽器管束中水蒸汽冷凝换热过程了解较少，数值模拟还没有人做，想要对空冷凝汽器进行运行和结构的优化，目前的对空冷管束冷凝换热过程的了解显然是不够的。

综上所述，如何通过数值模拟深入了解空冷凝汽器水蒸气冷凝相变过程是有待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种空冷凝汽器水蒸气冷凝过程的数值模拟方法，以深入了解空冷凝汽器的凝结换热过程。

空冷凝汽器水蒸气冷凝过程的数值模拟方法，包括以下步骤并且以下步骤顺次进行：

步骤一、建立空冷凝汽器管束三维模型并在三维模型内部划分网格，建立空冷凝汽器管束网格模型，所述空冷凝汽器管束网格相互独立；

步骤二、建立所述空冷凝汽器管束内部的三维空间内水蒸气冷凝换热过程方程并进行求解，获得与所述空冷凝汽器管束网格模型对应的数学模型；

步骤三、将计算流体动力学CFD软件加载至步骤二所述的数学模型，对空冷凝汽器管束内水蒸气冷凝过程进行仿真，获得空冷凝汽器管束内水蒸气冷凝过程的仿真模型，

在所述仿真模型的输入界面中手动输入空冷凝汽器管束的管长，空冷凝汽器管束的横截面形状，空冷凝汽器管束的边长值或直径值，水蒸汽在进口处的质量流量值或者水蒸汽流速值及水蒸汽的密度值，水蒸汽的温度值，水蒸汽运动粘度值，水的密度值，蒸汽的导热系数，汽化潜热值，选取一种边界条件并设定相应数值，获得任一时刻，空冷凝汽器管束中水蒸汽的体积分数的分布值。

对所述的空冷凝汽器管束网格模型内部三维空间的水蒸汽冷凝换热方程进行求解的过程，包括利用计算流体动力学CFD方法对所述水蒸汽冷凝换热方程进行求解。

所述的水蒸汽冷凝换热方程包括连续性方程、动量方程、能量方程、气相液相之间质量转移方程以及气相液相之间能量转移方程。

所述的连续性方程为：

式中：为哈密顿算子,ρ_v为水蒸汽密度，为速度矢量，S_M为质量源项即冷凝段气相的质量转移，t为时间；