电厂双曲线冷却塔相关问题仿真计算

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工业生产或制冷工艺过程中产生的废热，一般要用冷却水来导走。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气。冷却塔已广泛地应用于国民经济的许多部门，如电力、石油、化工、钢铁等。 目前国内所应用的冷却塔有 170 多米高的大型自然通风冷却塔，由于规模庞大就导致了结构不稳定，容易在外界风场的影响下塔身发生震动，极端的情况会导致结构被破坏塔身倒塌。在国外就发生过几个冷却塔布局不合理，在外界大风的作用下塔身倒塌的情况。 大型冷却塔由于自身的结构会产生很多问题，随着计算机技术近年来的飞速发展，计算手段已经可以解决大型冷却塔中存在的一些难题。 首先，评估冷却塔的安全性要进行结构分析，分析的基础是明确冷却塔外表面的风压分布。传统获取风压分布的方法是进行风洞试验，但具有很多局限性。风洞试验要靠传感器测量压力，测点过多会影响测量的精度，过少数据量不能满足实际需要。通过计算手段能过获得任意给定外界风场时的壁面压力分布，而且在计算中采用真实尺寸不存在由于不满足相似率造成的偏差。这种依靠计算解决实际问题的方法最早应用于航空航天领域，飞机机翼在气流中的颤振问题和冷却塔的安全性分析都属于典型的流体与固体耦合问题。随着科学技术的进步，依靠计算解决此类问题的方法也越来越成熟。通常的办法是通过流体计算软件分析固体在流体中受到的作用力情况，然后通过固体计算软件分析此时固体产生结构变化，此变化可能会影响流动情况再返回流动计算，逐步找到完全真实的情况。根据固体计算软件最终可以分析在一定的情况下固体结构是否会被破坏，如何可以避免危险情况的发生。

图 1 风场中冷却塔外表面压力分布图

工业生产或制冷工艺过程中产生的废热，一般要用冷却水来导走。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气。冷却塔已广泛地应用于国民经济的许多部门，如电力、石油、化工、钢铁等。 目前国内所应用的冷却塔有 170 多米高的大型自然通风冷却塔，由于规模庞大就导致了结构不稳定，容易在外界风场的影响下塔身发生震动，极端的情况会导致结构被破坏塔身倒塌。在国外就发生过几个冷却塔布局不合理，在外界大风的作用下塔身倒塌的情况。 大型冷却塔由于自身的结构会产生很多问题，随着计算机技术近年来的飞速发展，计算手段已经可以解决大型冷却塔中存在的一些难题。 首先，评估冷却塔的安全性要进行结构分析，分析的基础是明确冷却塔外表面的风压分布。传统获取风压分布的方法是进行风洞试验，但具有很多局限性。风洞试验要靠传感器测量压力，测点过多会影响测量的精度，过少数据量不能满足实际需要。通过计算手段能过获得任意给定外界风场时的壁面压力分布，而且在计算中采用真实尺寸不存在由于不满足相似率造成的偏差。这种依靠计算解决实际问题的方法最早应用于航空航天领域，飞机机翼在气流中的颤振问题和冷却塔的安全性分析都属于典型的流体与固体耦合问题。随着科学技术的进步，依靠计算解决此类问题的方法也越来越成熟。通常的办法是通过流体计算软件分析固体在流体中受到的作用力情况，然后通过固体计算软件分析此时固体产生结构变化，此变化可能会影响流动情况再返回流动计算，逐步找到完全真实的情况。根据固体计算软件最终可以分析在一定的情况下固体结构是否会被破坏，如何可以避免危险情况的发生。 此外，数值模拟还可以计算冷却塔内部的换热情况。冷却塔塔内气流流动和传热的数值模拟，是冷却塔热力计算及配水优化的基础，也是冷却塔塔内通风阻力计算的基础。自然风对冷却塔特性的影响是非常复杂的，目前对于无风情况下的冷却塔换热情况分析比较成熟，但加上自然风影响之后换热情况完全不同。冷却塔内部气流自下而上的流动主要是依靠“烟囱效应”，由于无风与有风外界空间的压力和温度分布完全不同，换热情况也相差很多。数值模拟的优势在于可以详细得出整个空间的物理量分布，计算散热器和空气、水的换热情况，得到进出口水温、换热量的信息。通过计算得出外界不同风环境对换热的影响程度，为设计提供依据。