專利名稱：超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻塔的仿真設(shè)計(jì)技術(shù)，特別是涉及超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
超大型自然通風(fēng)冷卻塔是內(nèi)陸電廠中最為普遍的換熱裝置，隨著火電機(jī)組容量的提高以及內(nèi)陸核電的發(fā)展，需要采用超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔來滿足機(jī)組對(duì)換熱裝置越來越高的要求。內(nèi)陸核電站所用冷卻塔的淋水面積達(dá)到2X IO4IX 104，其設(shè)計(jì)尺寸已發(fā)展到塔高近220m、塔底直徑近185m，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)冷卻塔的設(shè)計(jì)尺寸。對(duì)于超大型自然通風(fēng)冷卻塔，在環(huán)境側(cè)風(fēng)的影響下，冷卻塔軸對(duì)稱的空氣動(dòng)力場遭到破壞，塔內(nèi)冷源空氣也不再呈周向均勻分布。塔內(nèi)空氣流動(dòng)的三維性，必然影響到塔內(nèi) 傳熱傳質(zhì)區(qū)各區(qū)傳熱傳質(zhì)強(qiáng)度，造成塔內(nèi)傳熱傳質(zhì)強(qiáng)度的非線性分布，并進(jìn)一步影響到冷卻塔總體傳熱傳質(zhì)性能。環(huán)境側(cè)風(fēng)一般會(huì)強(qiáng)化塔內(nèi)迎風(fēng)區(qū)域的傳熱傳質(zhì)效果，但對(duì)其他區(qū)域的熱力性能卻產(chǎn)生不利影響。對(duì)于超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔，鑒于其徑向尺寸更大，塔底進(jìn)風(fēng)口附近空氣流動(dòng)的自由空間更大，進(jìn)塔空氣三維分布更易受到環(huán)境氣象條件的影響。為充分利用進(jìn)塔空氣，實(shí)現(xiàn)冷卻塔總體冷卻性能的提高，需對(duì)超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔氣-水流場及傳熱傳質(zhì)過程進(jìn)行三維仿真研究。而國內(nèi)外有關(guān)冷卻塔的常規(guī)分析研究方法，通常是一維方法(只考慮冷卻水和空氣參數(shù)高度方法的變化)和二維方法(可考慮氣-水參數(shù)在高度方向和徑向的變化)，兩者幾乎不考慮塔內(nèi)外氣-水參數(shù)沿冷卻塔周向的變化，更無法對(duì)呈現(xiàn)三維特征的空氣流場、非均勻配水進(jìn)行計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對(duì)上述問題，提供一種超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，能夠按照超大型冷卻塔內(nèi)部場流進(jìn)行三維特征的模擬。一種超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，包括根據(jù)超大型冷卻塔的工藝尺寸，建立所述超大型冷卻塔的三維網(wǎng)格模型，其中，所述工藝尺寸包括零米直徑、出口直徑、喉部直徑、喉部高度、塔高；計(jì)算所述超大型冷卻塔的環(huán)境空氣參數(shù)和冷卻水參數(shù)，將參數(shù)導(dǎo)入預(yù)設(shè)的環(huán)境氣象程序；在計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics, CFD)軟件中讀入所述三維網(wǎng)格模型，編譯所述環(huán)境氣象程序；指定水溫標(biāo)量的計(jì)算區(qū)域?yàn)閭鳠醾髻|(zhì)區(qū)，設(shè)定控制參數(shù)；對(duì)所述計(jì)算域進(jìn)行初始化，進(jìn)行計(jì)算得到仿真計(jì)算結(jié)果。實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果與傳統(tǒng)的一、二維仿真技術(shù)相比，本發(fā)明的三維數(shù)值仿真技術(shù)有著更大的適用范圍和更小的適用條件。如下表所示。冷卻塔一維、二維和三維數(shù)值模型的對(duì)比表
傳統(tǒng)一維傳統(tǒng)二維本發(fā)明的三維仿真
模型假設(shè)均勻流速均勻流場非均勻流場
可視化程度較低高度可視化仿真進(jìn)風(fēng)口影響無法考慮^人為給定由預(yù)設(shè)的環(huán)境氣象程序按實(shí)際計(jì)算
可護(hù)展性無少用戶自定義函數(shù)極大方便了程序的擴(kuò)展
環(huán)境對(duì)冷卻無法考慮無法考慮在此基礎(chǔ)上，可考慮電廠建筑、塔群效
塔的影響應(yīng)的影響冷卻塔對(duì)環(huán)無法考慮無法考慮可以預(yù)測計(jì)算境的影響


圖I為本發(fā)明超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法的流程圖；圖2為本發(fā)明超大型冷卻塔的三維網(wǎng)格模型的示意圖；圖3為本發(fā)明超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法的實(shí)施例流程圖；圖4為本發(fā)明超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法的實(shí)施例示意圖之一；圖5為本發(fā)明超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法的實(shí)施例示意圖之二。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。二維及擬二維數(shù)值仿真計(jì)算方法，可以在無環(huán)境風(fēng)、無環(huán)境建筑影響以及冷卻塔穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，提高冷卻塔熱力計(jì)算的精度而不較大增加熱力計(jì)算的時(shí)間。它采用計(jì)算流體力學(xué)方法，塔內(nèi)空氣流動(dòng)采用軸對(duì)稱定常不可壓縮二維雷諾時(shí)均方程，采用k_ ε雙方程湍流模型對(duì)雷諾應(yīng)力進(jìn)行封閉?？刂品匠倘缦? I)連續(xù)性方程=()
dx r Br
(2)動(dòng)量方程
權(quán)利要求
1.一種超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，其特征在于，包括 根據(jù)超大型冷卻塔的工藝尺寸，建立所述超大型冷卻塔的三維網(wǎng)格模型，其中，所述工藝尺寸包括零米直徑、出口直徑、喉部直徑、喉部高度、塔高； 計(jì)算所述超大型冷卻塔的環(huán)境空氣參數(shù)和冷卻水參數(shù)，將參數(shù)導(dǎo)入預(yù)設(shè)的環(huán)境氣象程序; 在計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics, CFD)軟件中讀入所述三維網(wǎng)格模型，編譯所述環(huán)境氣象程序； 指定水溫標(biāo)量的計(jì)算區(qū)域?yàn)閭鳠醾髻|(zhì)區(qū)，設(shè)定控制參數(shù)；對(duì)所述計(jì)算域進(jìn)行初始化，進(jìn)行計(jì)算得到仿真計(jì)算結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的環(huán)境氣象程序包括 冷卻水運(yùn)動(dòng)程序、基于Merkel模型的氣水兩相間傳熱傳質(zhì)程序、氣水兩相的相互作用程序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，其特征在于 當(dāng)需要對(duì)環(huán)境風(fēng)的影響進(jìn)行仿真時(shí)，所述預(yù)設(shè)的環(huán)境氣象程序還包括環(huán)境風(fēng)速剖面程序，設(shè)置所述計(jì)算域的頂部屬性為光滑墻； 當(dāng)不需要對(duì)環(huán)境風(fēng)的影響進(jìn)行仿真時(shí)，設(shè)置所述計(jì)算域的頂部屬性為壓力出口邊界。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，其特征在于，設(shè)定控制參數(shù)的步驟，包括 設(shè)置大氣壓、重力加速度、布辛涅司克(Boussinesq)參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，其特征在于，設(shè)定控制參數(shù)的步驟，還包括 設(shè)置湍流模型，選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、標(biāo)準(zhǔn)wall函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，其特征在于，設(shè)定控制參數(shù)的步驟，還包括 設(shè)置流體屬性為水蒸氣和空氣的混合物，指定水蒸氣和空氣的比熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，其特征在于，設(shè)定控制參數(shù)的步驟，還包括 在邊界條件上給定流速、溫度和組分的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，其特征在于，設(shè)定控制參數(shù)的步驟，還包括 設(shè)置差分格式、松弛因子。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8任一項(xiàng)所述的超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，其特征在于，對(duì)所述計(jì)算域進(jìn)行初始化，進(jìn)行計(jì)算得到仿真計(jì)算結(jié)果的步驟之后,還包括 根據(jù)所述仿真計(jì)算結(jié)果，分析空氣流場、溫度場、組分場以及出塔水溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)三維仿真計(jì)算方法，包括根據(jù)超大型冷卻塔的工藝尺寸，建立所述超大型冷卻塔的三維網(wǎng)格模型；計(jì)算所述超大型冷卻塔的環(huán)境空氣參數(shù)和冷卻水參數(shù)，將參數(shù)導(dǎo)入預(yù)設(shè)的環(huán)境氣象程序；在計(jì)算流體力學(xué)軟件中讀入所述三維網(wǎng)格模型，編譯所述環(huán)境氣象程序；指定水溫標(biāo)量的計(jì)算區(qū)域?yàn)閭鳠醾髻|(zhì)區(qū)，設(shè)定控制參數(shù)；對(duì)所述計(jì)算域進(jìn)行初始化，進(jìn)行計(jì)算得到仿真計(jì)算結(jié)果。本發(fā)明運(yùn)用的CFD技術(shù)可視化程度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)，提出的三維仿真計(jì)算方法可以得到在環(huán)境氣象條件影響下，超大型逆流式自然通風(fēng)冷卻塔內(nèi)外部的空氣流場以及冷卻塔的熱力性能參數(shù)，評(píng)估電廠建筑對(duì)超大型自然通風(fēng)冷卻塔熱力性能的影響。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102867084SQ201210319829
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者朱嵩, 何小華, 龍國慶, 李波, 楊志, 湯東升, 羅必雄, 喬旭斌, 匡俊, 毛衛(wèi)兵 申請(qǐng)人:中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院