双排管外空气流动与传热性能的数值研究.pdfVIP

中国电机工程学会火电分会空冷专委会第五届学术年会论文集 双排管外空气流动和传热性能的数值研究 石磊1薛海君2张健2李少宁1 (1．中国华电工程(集团)有限公司北京100044； 2．江苏双良空调设备股份有限公司 江苏江阴214444) 摘要：矩形翅片椭圆管，即双排管是直接空冷凝汽器的一种基本换热元件。双排管外空气侧的流动和传热性 能研究，对于直接空冷凝汽器的优化设计和安全运行具有重要的意义。在不同迎面风速下，对双排管空气侧进 行三维数值模拟，并对速度场、温度场进行分析和研究。拟合出双排管阻力和平均传热系数随迎面风速变化的 计算公式，为直接空冷系统的优化设计提供帮助。 关键词：能源与动力工程空冷凝汽器数值模拟双排管优化设计 0前言 空冷是“富煤缺水”地区火电厂的主要冷却方式，它改变了“以水定电”的被动局面，在 水资源日益紧张的今天，具有重要的意义。直接空冷系统具有占地面积小、防冻灵活等优点。 近几年，在我国得到了广泛应用。 麓粼鹄 (a)多排管 (b)三排管 (c)双排管 (d)单排管 图l 空冷换热元件的发展 直接空冷系统基本换热元件的发展经历了20世纪50年代的多排圆管，70年代的双排管(矩 形翅片椭圆管)和90年代的单排(扁平)管，如图1，空气自下向上流动，外掠换热元件。目 前，双排管供货商包括德国基依埃(GEA)公司、哈尔滨空调股份有限公司、江苏双良空调设 备股份有限公司、山西申华电站设备有限公司等，各公司双排管外形基本相同。目前，对异型 管强化传热的研究虽然很多【l儿到，但大都局限在单个(或单排)换热元件上。由于实际应用中， 常采用多排和不等翅片间距管束，使模拟或实验结果难以直接指导工程实际，因此，本文拟对 双排管流动和传热性能进行数值模拟。 双排管外形如图2所示，为椭圆基管套矩形翅片热浸锌而成。热浸镀锌是钢管钢翅片散热 器生产过程中的一个重要环节。镀锌的作用有两个：一是提高管道的抗腐蚀能力，延长使用寿 命。二是使基管与翅片紧密结合，减少接触阻力，增强传热效果。镀锌时，管子端头封闭；管 内空气受热膨胀，管壁也受热向外膨胀，可使套片管的翅片与管子产生胀接效果。为强化传热， ·53· 中国电机工程学会火电分会空冷专委会第五届学术年会论文集 双排管翅片上开有26个绕流孔，且前后两排管的绕流孔位置和尺寸不同。为防止冬季管内出现 流动的死区造成水的冻结，双排管前后两排采用不同的翅片间距。钢制基管和翅片管具有较高 的承压能力，可以采用高压水清洗翅片和管束外部的污垢。 由于管内为水蒸汽凝结放热系数较高，双排管的传热性能主要取决于空气侧的对流换热系 数。而空气侧的对流换热系数与迎面风速有着密切的联系。因此，对不同迎面风速下，双排管 流动和传热的性能研究具有重要的意义。 ▲ l Y●—一 图2双排管外形剖面图 1双排管模型 GEA双排管基本参数如下：基管为近似椭圆，外形尺寸100×20mm，基管壁厚1．5mm； 片交错布置。前后两排之间间距为6ram。基管通过导热的方式将管内水蒸汽的热量传递给翅片， 同时。基管和翅片又通过对流的方式将热量传递给外掠的空气。因此，双排管的传热是空气对 流换热和固体导热相互耦合的传热问题。由于双排管几何结构的周期性和对称性，建立如图3 所示的三维交错双排管的一半(A．B之间的区域)作为研究模型，单位mm。 图3双排管研究的凡何模型(单位：ram) 模拟中，忽略翅片管表面的热浸锌镀层，忽略蒸汽侧的热阻、翅片与基管之间的接触热阻， 以及实际运行过程中双排管的污垢热阻，忽略翅片与基管的辐射换热。在稳态、不可压缩、不 计重力影响、常物性条件下，对双排管外空气的流动和换热进行数值模拟。动量方程采用标准 k—s两方程模型pJ。 性能进行模拟。夏季汽轮机TRL工况下的运行环境条件为：1个标准大气压，空气入口温度