電廠雙曲線冷卻塔相關問題仿真計算

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工業生產或制冷工藝過程中產生的廢熱，一般要用冷卻水來導走。冷卻塔的作用是將挾帶廢熱的冷卻水在塔內與空氣進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣。冷卻塔已廣泛地應用于國民經濟的許多部門，如電力、石油、化工、鋼鐵等。 目前國內所應用的冷卻塔有 170 多米高的大型自然通風冷卻塔，由于規模龐大就導致了結構不穩定，容易在外界風場的影響下塔身發生震動，極端的情況會導致結構被破壞塔身倒塌。在國外就發生過幾個冷卻塔布局不合理，在外界大風的作用下塔身倒塌的情況。 大型冷卻塔由于自身的結構會產生很多問題，隨著計算機技術近年來的飛速發展，計算手段已經可以解決大型冷卻塔中存在的一些難題。 首先，評估冷卻塔的安全性要進行結構分析，分析的基礎是明確冷卻塔外表面的風壓分布。傳統獲取風壓分布的方法是進行風洞試驗，但具有很多局限性。風洞試驗要靠傳感器測量壓力，測點過多會影響測量的精度，過少數據量不能滿足實際需要。通過計算手段能過獲得任意給定外界風場時的壁面壓力分布，而且在計算中采用真實尺寸不存在由于不滿足相似率造成的偏差。這種依靠計算解決實際問題的方法最早應用于航空航天領域，飛機機翼在氣流中的顫振問題和冷卻塔的安全性分析都屬于典型的流體與固體耦合問題。隨著科學技術的進步，依靠計算解決此類問題的方法也越來越成熟。通常的辦法是通過流體計算軟件分析固體在流體中受到的作用力情況，然后通過固體計算軟件分析此時固體產生結構變化，此變化可能會影響流動情況再返回流動計算，逐步找到完全真實的情況。根據固體計算軟件最終可以分析在一定的情況下固體結構是否會被破壞，如何可以避免危險情況的發生。

圖 1 風場中冷卻塔外表面壓力分布圖

工業生產或制冷工藝過程中產生的廢熱，一般要用冷卻水來導走。冷卻塔的作用是將挾帶廢熱的冷卻水在塔內與空氣進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣。冷卻塔已廣泛地應用于國民經濟的許多部門，如電力、石油、化工、鋼鐵等。 目前國內所應用的冷卻塔有 170 多米高的大型自然通風冷卻塔，由于規模龐大就導致了結構不穩定，容易在外界風場的影響下塔身發生震動，極端的情況會導致結構被破壞塔身倒塌。在國外就發生過幾個冷卻塔布局不合理，在外界大風的作用下塔身倒塌的情況。 大型冷卻塔由于自身的結構會產生很多問題，隨著計算機技術近年來的飛速發展，計算手段已經可以解決大型冷卻塔中存在的一些難題。 首先，評估冷卻塔的安全性要進行結構分析，分析的基礎是明確冷卻塔外表面的風壓分布。傳統獲取風壓分布的方法是進行風洞試驗，但具有很多局限性。風洞試驗要靠傳感器測量壓力，測點過多會影響測量的精度，過少數據量不能滿足實際需要。通過計算手段能過獲得任意給定外界風場時的壁面壓力分布，而且在計算中采用真實尺寸不存在由于不滿足相似率造成的偏差。這種依靠計算解決實際問題的方法最早應用于航空航天領域，飛機機翼在氣流中的顫振問題和冷卻塔的安全性分析都屬于典型的流體與固體耦合問題。隨著科學技術的進步，依靠計算解決此類問題的方法也越來越成熟。通常的辦法是通過流體計算軟件分析固體在流體中受到的作用力情況，然后通過固體計算軟件分析此時固體產生結構變化，此變化可能會影響流動情況再返回流動計算，逐步找到完全真實的情況。根據固體計算軟件最終可以分析在一定的情況下固體結構是否會被破壞，如何可以避免危險情況的發生。 此外，數值模擬還可以計算冷卻塔內部的換熱情況。冷卻塔塔內氣流流動和傳熱的數值模擬，是冷卻塔熱力計算及配水優化的基礎，也是冷卻塔塔內通風阻力計算的基礎。自然風對冷卻塔特性的影響是非常復雜的，目前對于無風情況下的冷卻塔換熱情況分析比較成熟，但加上自然風影響之后換熱情況完全不同。冷卻塔內部氣流自下而上的流動主要是依靠“煙囪效應”，由于無風與有風外界空間的壓力和溫度分布完全不同，換熱情況也相差很多。數值模擬的優勢在于可以詳細得出整個空間的物理量分布，計算散熱器和空氣、水的換熱情況，得到進出口水溫、換熱量的信息。通過計算得出外界不同風環境對換熱的影響程度，為設計提供依據。