自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析_赵元宾

收稿日期:2007-11-26基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Z2003F03)作者简介:赵元宾(1981-),男,山东聊城,博士研究生,研究方向:电站热力设备经济与安全控制.E-mail:zhybxikong@163.com文章编号:1672-3961(2008)05-0036-06自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析赵元宾,孙奉仲,王凯,高明(山东大学能源与动力工程学院,山东济南250061)摘要:基于CFD软件Fluent和传热传质理论,建立了自然通风逆流湿式冷却塔空气三维运动控制方程、液相冷却水运动控制方程以及气水两相间传热传质的理论模型.采用标准k-ε湍流模型进行应力封闭,对塔内传热传质过程进行了三维数值计算.计算分析了塔内外空气的速度场、温度场和含湿量场,给出了塔内冷却水温度分布场,指出塔内雨区外侧部分区域空气和冷却水温度均低于环境干球温度,并指出进风口上沿存在纵向漩涡影响气水两相间的局部传热传质强度.计算了塔内各区冷却水蒸发量,给出塔内不同高度处淋水密度的径向分布曲线和塔内传热传质区的气水比分布场,指出传热传质主要发生在填料区.关键词:冷却塔;传热传质;两相流;数值分析中图分类号:TK124文献标志码:AThreedimensionalnumericalanalysesofheatandmasstransferinawetcoolingtowerZHAOYuan-bin,SUNFeng-zhong,WANGKai,GAOMing(CollegeofEnergySourceandPowerEngineering,ShandongUniversity,Jinan250061,China)Abstract:BasedonCFDcodeFLUENTandheatandmasstransfertheory,thegoverningequationsofairandwaterandthetheo-rymodelofheatandmasstransferbetweenairandwaterweresetupforanaturaldraftcounter-flowwetcoolingtower(ND-WCT).Themodelsofforcesbroughttoeachphaseweresetupresortingtodiscretephasemodelandexperimentalcorrelation.Adoptingthestandardk-εmodeltoclosetheReynoldsaverageequations,thethree-dimensionalheatandmasstransferprocessinNDWCTwassimulatedandanalyzed.Thefieldsofairvelocity,temperatureandmoisturecontentshowthatthereareregionswherethetemperaturesofairandcoolingwaterarelessthantheambiencedrybulbtemperatureinarainzone,whichalsoindi-catesthatthelongitudinaleddyupontheinlethasanegativeeffectonthelocalintensityofheatandmasstransfer.Thecoolingwaterevaporationrateineachzonewascomputedandinvestigated.Thewatermassflowrateradialdistributioncurvesatdifferentheightsandthedistributionfieldofthemassflowrateratioofairtowaterweregiventoanalyzetheevaporationintensity,whichindicatedthatheatandmasstransfermainlyoccursinthefillzone.Keywords:coolingtower;heatandmasstransfer;two-phaseflow;numericalanalysis0引言自然通风逆流湿式冷却塔作为热电站和核电站热力系统的冷端设备,直接影响热力系统节能降耗.塔内冷却水和空气直接接触并发生复杂的混合对流换热和蒸发换热,其传热传质强度直接影响冷却塔的冷却性能.而塔内传热传质强度,在环境温度、湿度及侧风等因素影响下,呈不均匀非线性分布.所以有必要建立湿式冷却塔的三维数值计算模型,研究塔内传热传质强度分布,以提高其运行冷却性能.国内外有关湿式冷却塔传热