环境风对机力通风冷却塔冷却性能的影响

通过对机力通风冷却塔进行数值模拟，研究环境风速及风向对机力通风冷却塔冷却性能的影响。结果表明：风速在0~16 m/s的范围内，机力通风冷却塔的换热功率随风速的增大而增大；风向角在0˚~90˚的范围内，机力通风冷却塔的换热功率随风向角的增大而减小。

我国人均淡水资源较为缺乏，仅为世界平均水平的四分之一。而我国的火力发电站的用水量极大， 严重影响居民生活用水。电站湿冷系统虽然散热效率高，但用水量也极高，是同规模空冷系统的3~5 倍[1]。所以采用空冷系统可以极大缓解当地用水紧张的情况。

国内外学者对空冷系统进行了大量研究。林闽城等[2]对空冷塔进行了数值模拟，研究了不同风速下空冷塔的通风量和散热量， 结果发现：无风时空冷塔的通风量和散热量最大。

Al-Waked 等[3]对某285 MW 机组空冷塔进行数值模拟，结果发现：当风速为10 m/s 时，换热量比无风时降低了15%。张艾萍等[4]研究了挡风墙对空冷系统冷却性能的改善效果。王鉴[5]对机械通风空冷系统进行了数值模拟，研究其冷却性能随风速的变化情况。李金刚等[6]分析了间接空冷系统发生冻结的原因，并提出了改进方案和相关注意事项。

现有一660 MW 机组的湿冷系统改造为空冷系统的方案，由于湿冷塔内空间较小，布置的空冷散热器无法满足冷却水所需的换热量，所以在空冷塔四周布置额外的机力通风冷却塔(下称机力塔)以补充换热面积。本文对机力塔进行数值模拟，研究环境风对其冷却性能的影响，为今后研究及应用提供参考依据。

2. 计算模型 2.1. 几何模型和网格 某型机力塔的设计参数如表1 所示。该机力塔单侧进风，在进风口垂直布置4 个冷却三角，在顶部出风口处水平布置了轴流式引风机，机力塔的三维模型如图1 所示。整个计算域的长、宽、高分别为225 m、100 m、100 m。采用四面体非结构网格，网格数量为150 万。风向用风向角来表示，西风的风向角为0˚，北风的风向角为90˚，其示意图如图2 所示。

Table 1. Mechanical tower design parameters 表1. 机力塔设计参数 主要参数 单位 数值 机力塔离地面高度 m 13.60 风机离地面高度 m 36.86 机力塔迎风面宽度 m 11.70 风机直径 m 10.36 管束尺寸(长 × 宽 × 厚) mm 18,000 × 2560 × 136 单个机力塔内冷却三角数量 个 4 冷却水进出口平均温度 ℃ 54.53