文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123598
直接空冷凝汽器翅片扁管的大涡模拟研究
温娟,唐大伟,张璟,王志成,李宴君
(中国科学院工程热物理研究所,北京 100190)
(Tel:010-82543092 E-mail:wenjuan@)
摘要:蛇形翅片扁平管是电厂直接空冷凝汽器的核心元件。本文基于计算流体力学软件ANSYS ,采用大涡模拟方法(LES)及Smagorinsky-lilly动力模型,以标准湍流模型稳态计算的结果作为初始条件,对空冷岛扁平管外翅片空间的流动与换热特性进行了三维瞬态湍流数值模拟。对翅片扁管流动与换热的特性分别在时域与频域进行了分析。展现了翅片扁管的阻力系数,升力系数,对流换热系数以及出口温度的时间历程。同时应用频谱分析方法研究了各参数在频域上的特性。
关键词:大涡模拟;直接空冷凝汽器;翅片扁管;流动与换热
0前言
直接空冷技术能解决富煤缺水地区的发电问题,因此在国内外火力发电厂的建设中得到广泛应用[1-2]。蛇形翅片管是直接空冷凝汽器的核心换热元件,对其进行详细的流动换热分析,对直接空冷系统的优化设计以及运行都具有非常重要的意义。
在电厂空冷系统中凝汽器扁平管外翅片通道是利用风机送风,由于风机具有很强的扰动性,因此在通道入口实际上已经是湍流了。空气流过翅片扁平管属于绕流,这种流动包含有涡的脱离、回流以及涡街等复杂的流动现象,而且在大多数情况下处于湍流状态,用严格的数学物理方法求解流场实际是不可能的。研究湍流的高级方法有直接数值模拟(DNS)和大涡模拟(LES),但是直接数值模拟(DNS)对计算机的要求非常高,只能作为低雷诺数下简单湍流的研究方法。应用Reynolds 时均方程的模拟,忽略了湍流若干细节,只能提供湍流的平均信息。大涡模拟(LES)结合了上述方法的优点, 对大尺度涡进行模拟,小尺度涡对大尺度涡的影响通过亚格子模型计算,可以获得比雷诺平均模拟更多的湍流信息, 能有效预测多尺度湍流,同时对计算机的要求则低于DNS[3]。为了获得空冷凝汽器翅片通道详细的流动换热信息对其进一步优化设计,所以本文采用了大涡模拟的方法。同时为进一步揭示大型空冷系统多尺度输运规律和非线性尺度效应机理打下基础。
单排管空冷凝汽器的管束采用钢制扁平管,在外部钎焊铝硅合金蛇形翅片,空冷凝汽器蛇形翅片管束结构示意图如图1所示。为便于数值模拟,将平直蛇形翅片简化为矩形翅片,本文采用如下结构及尺寸进行模拟计算,见图2及表1。
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基金项目:国家重点基础研究发展规划()
表1 空冷凝汽器翅片管结构尺寸(单位:mm)
参数
大小
扁管长度(L)
220
扁管直径(D)
20
扁管壁厚()
翅片长度()
200
翅片厚度()
翅片高度()
19
翅片间距()
图1空冷凝汽器蛇形翅片管束结构示意图[4] 图2单片翅片管结构示意图
用Gambit进行物理建模过程中,将计算域分为入口区,翅片区和出口区三个区域。
为了避免空气回流的影响,翅片管进、出口段长度分别为50mm、150mm,数值模拟的计算域如图3所示。
图3翅片扁管计算区域