空冷凝汽器单排蛇形翅片扁管管外换热分析 张兆营.docVIP

中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号：1000MW空冷电厂空冷凝汽器单排蛇形翅片扁管管外换热性能进行了试验研究，获得了不同迎面风速下其空气侧的换热系数和场协同数，试验结果表明：场协同数都在10-2以下，且随风速增大而逐渐减小，说明空冷凝汽器的对流换热很不充分，还有很大的提升空间；为了揭示其管外换热机理，对单排蛇形翅片扁管管外热流场进行了数值模拟，获得了不同迎面风速下其翅片缝隙间热流场的协同角分布和平均场协同角，模拟结果表明：场协同角分布不均匀，平均场协同角在70°-90°之间，且随风速增加而增加，并逐渐接近90°，说明单排蛇形翅片扁管管外换热以导热为主。 关键词：空冷凝汽器(ACC)；蛇形翅片扁管；试验风洞；换热机理；场协同数；场协同角 0 前言 高参数、大容量、高效低污染的火电机组是火力发电的发展方向，而直接空冷机组是富煤缺水地区火电机组的最佳选择。2010年国产化的世界首台1000MW超超临界直接空冷机组在宁夏灵武电厂投入运行。2010年世界首台1000MW超超临界直接空冷机组在宁夏灵武电厂投入运行国产化。CFD和实验相结合的方法，对单排形翅片扁管进行了相关研究，获得了许多有用的结论。但是基于场协同理论，针对1000MW空冷电 厂空冷凝汽器单排蛇形翅片扁管管外空气侧对流换热试验和换热机理的研究还未见公 基金项目：“十一五”国家科技支撑重大项目资助项目(2009BAA16B01) 开发表的文献。场协同理论不仅能统一的认识现有对流传热的现象的物理本质，而且能指导发展新的传热强化技术[9]。本文基于场协同理论，首次采用现场风洞试验，试验研究同迎面风速下单排蛇形翅片扁管管外空气侧的换热系数、场协同数和换热器效能，从而判断所研究单排蛇形翅片扁管的换热性能；并采用CFD数值模拟方法研究其翅片缝隙间热流场的协同角分布和平均场协同角；为发展空冷凝汽器空气侧强化传热技术提供试验和理论指导。 1对流换热场协同理论基础 对流换热的场协同原则是指[4,5,6]：对流换热的性能不仅取决于流体的速度和物性以及流体与固壁的温差，而且还取决于流体速度场与流体热流场间协同的程度。在相同的速度和温度边界条件下，它们的协同程度愈好，则换热强度就愈高。 可用如下公式表述[9]： (1) 其中， (2) 对式（2） (3) 式中为速度和温度梯度的夹角，称为场协同角。 场协同数可以定量描述速度场和温度场协同的程度，可用如下公式[9]表示： (4) 时，对流换热场中速度场与温度场完全协同，此时若速度和流体参数不变，则此时对流换热强度最高。 本文的工作就是以场协同理论为基础，选取场协同数和场协同角为单排蛇形翅片扁管管外对流换热的决定性因数，首先利用搭建在直接空冷电站的元件试验台对空冷凝汽器蛇形翅片扁管管外换热进行现场试验，通过试验测取的数据，根据公式(4)求得场协同数，从而判断管外对流换热的情况；然后通过数值模拟的方法找到翅片间热流场的场协同角，通过两者的对应关系找到蛇形翅片扁管管外的换热机理，并以此判断所研究空冷凝汽器管外的换热性能，为合理改善空冷凝汽器的性能提供理论支撑。 2单排蛇形翅片扁管管外换热试验 2.1现场试验系统及方法 试验系统空冷电厂主要由、蒸汽供给系统、抽真空系统、风机、冷凝水收集系统数据采集系统6根顺流管和1根逆流管组成，管的型式和尺寸与空冷岛上所用的完全相同，管结构参数列于表1；试件的蒸汽源接自汽轮机的排汽母管；试件的抽真空系统接入空冷电厂空冷岛的抽真空系统，确保试验系统蒸汽侧和抽真空侧与电厂空冷岛一致；冷却空气由4台并联运行的变频风机提供，风机由变频器控制，可获得不同的试件迎面风速；冷凝水由试件下联箱接入凝结水罐；测试系统主要测量蒸汽温度、蒸汽压力、基管温度、翅片温度、抽真空温度、凝结水温度、凝结水流量和迎面风速；数据采集系统完成全部测量数据的采集和处理。试验系统原理如图2所示。 图1试验风洞 图2试验系统原理图 1-试件蒸汽分配管； 2-试件下联箱；3-凝集水罐；4-抽真空管道；5-汽轮机乏汽母管；6-风机；7-风洞 表1 蛇形翅片扁管结构参数 项目 主要参数 管束型号 单排管 基管横截面尺寸（mm） 220×20 翅片管外形尺寸（mm） ～200×19 翅片厚度（mm） 0.25 翅片间距（mm） ～2.3 2 测量仪器 仪器名称 仪器参数 热线风速仪 法国KIMO-AMI300多功能手持风量风速仪，精度为3%表面式PT1000.2% 在本文的试验系统中，可以同时获得基管外壁的平均温度和空气的入口