不同环境条件下空冷风机群风量分布数值模拟研究

李庆 王帅 陈建英 李瑞华 荆涛 刘冠红

摘 要：本文通过数值模拟方法，对直接空冷电厂空冷风机群进行研究，揭示了不同环境条件下，风机群风量的空间分布规律，并计算了增加迎风边缘风机转速，对空冷岛风机风量分布的影响。

关键词：直接空冷;空冷风机;环境风速;风量

中图分類号：TM621.7 文献标识码：B

1 概述

空冷凝汽器利用空冷风机强制对流冷却汽轮机排汽，维持真空，风机群的工作状况直接影响汽轮机经济甚至安全运行，且空冷凝汽器及空冷风机暴露在室外，易受环境条件影响，因此对空冷风机群的研究显得十分必要[1]。本文主要以数值模拟的手段研究了不同环境条件下的风机群风量分布规律，为电厂运行提供参考。

2 控制方程及湍流方程

本文使用FLUENT商用软件，对不同环境条件下的风机群风量分布进行研究，基础模型包括控制方程[2]（连续方程、动量方程以及能量方程）。

由于环境风速及空冷风机出口气流速度小于当地音速，可看作不可压缩流体运动，状态方程由克拉贝隆方程表示：

湍流方程由湍动能及耗散率方程表示：

3 计算模型建立

本文依托北方某电厂2×600MW直接空冷机组进行计算，每台机组空冷凝汽器配备7行8列共56个空冷单元，空冷平台高度45m，蒸汽分配管直径2.5m，挡风墙高度高于蒸汽分配管中心线1m。

空冷凝汽器及配套轴流风机参数如表1所示：

数值计算采用1：1实物模型，由GAMBIT软件建立并划分网格，网格划分采取分块的策略，如图1所示。计算范围包括空冷单元及空冷岛周边主要建筑，空冷单元内部结构予以省略，风机桥架等引起的阻力归并到翅片管束中。空冷翅片管束采用多孔介质模型，模拟其换热及动力特性，通常处理为在动量方程中加入反映阻力的源项方程[3]：

模型中的风机采用FAN物理模型，风机平面为一个无限薄的平面，气流经过这个平面产生压力跃升，压力跃升值表示为速度的多项式函数：

4 计算结果及分析

随着风速增加，空冷岛上方风压增大，风机吸入口形成负压区，翅片管阻力增大以及负压区的存在双重作用使得进入空冷单元的风量减小，尤其是迎风列空冷风机受到影响最大。本文使用FLUENT软件计算得到每个空冷单元的空气容积流量，风机风量空间分布如图2-图4所示：

当环境无风时，风机吸入量并不均匀，中间风机列吸入量比边缘风机列空气容积流量大，根据计算，边缘列至中心列风机吸入量分别为3412.60m3/s、3483.12m3/s、3502.30m3/s和3501.66m3/s，其余四列对称分布。第三列第四列风机流量一致，比边缘列约大2.5%。

以无风环境下风机列最大吸入量为基准，定义风机容积效率，为实际吸入量与最大吸入量的比值，可得迎风列、第二列到第八列，容积效率分别为68.3%、83%和93.6%，迎风列受到的影响远远大于其余列。随着风速增加到10m/s，由流线图可以看出环境风甚至影响到临机，迎风列容积效率下降至40.8%，第二列风机列容积效率下降为62.5%，第八列风机吸入量为2417.67m3/s，容积效率为69.1%。风速5m/s和10m/s下，空冷风机总风量约为无风条件下的86.8%和64%。不同风速下风机列流量以及容积效率见表2-表3及图5。

5 小结

本文使用FLUENT商用软件计算了某直接空冷电厂空冷岛空冷风机群在不同风速条件下的风量分布，通过风机群风量分布的计算，为电厂运行提供参考。所得结论如下：

1）无风环境下空冷风机风量并非平均分布，中心风机列风量约比边缘风机列大2.5%;

2）随着环境风速增大，迎风面风机列风量迅速减小，在主导风向即x正向风速5m/s和10m/s下，迎风风机列容积效率减小为68.3%和40.8%，其余列风机风量均有不同程度的减小，总风量约为无风条件下的86.8%和64%。

参考文献

[1] 丁尔谋.发电厂空冷技术[M]，水利电力出版社，1992.3第一版

[2] 陶文铨.数值传热学[M]，西安，西安交通大学出版社，2001，第二版

[3] 何伟峰.环境风速对直接空冷电厂运行性能的研究[D]，硕士学位论文，西安，西安交通大学2009