基于组元热力阻力特性的间接空冷系统设计计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于组元热力阻力特性的间接空冷系统设计计算方法，该方法以CFD数值模拟为基础，通过大量的数值实验获得间接空冷系统各组元流动传热特性，并拟合成阻力和传热系数关联式。在此基础上通过设定的散热器迎面风速和散热器冷却三角个数等参数，利用空冷塔抽力、间接空冷系统阻力公式和热力计算获得间接空冷系统的抽力、总阻力以及空冷塔出塔水温；通过多次迭代计算获得满足空气动力学平衡和能量守恒的空冷散热器和空冷塔规模，最终得到间接空冷系统的设计方案。该方法能够预测出空冷散热器和冷却塔的相关参数，提供了一种简单可行的间接空冷系统的设计方案，为实际工程的实施提供了理论基础，更好的满足了实际工程的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电站冷却系统领域，具体涉及一种基于组元热力阻力特性的间接空冷系统设计计算方法。
技术介绍
间接空冷方式作为电站冷却形式之一，近年来在我国获得了快速发展。间接空冷系统主要由空冷散热器和空冷塔组成，利用空冷塔内外密度差而产生的抽吸力进行自然通风进而达到冷却循环水的目的。对于间接空冷系统，为了达到循环水冷却的目的，通常需要一定规模的空冷散热器和空冷塔以满足空冷塔内的空气动力学平衡和传热平衡，即空冷塔抽力等于间接空冷系统的阻力，空冷塔的出塔水温等于凝汽器的进口水温。目前虽然针对间接空冷系统热力阻力的研究很多，但主要都是基于环境气象条件对间接空冷系统性能的影响，而涉及空冷塔内空气动力学计算的研究都是由经验公式或者现场实验获得。由于受环境等不可控性因素以及空冷系统各组成部分结构参数的影响，造成现场测量数据不可靠，缺乏系统而准确的计算公式。此外，随着机组规模越来越大，空冷塔的尺寸也越来越大，属于超大型间接空冷塔，已经没有实体塔可以测量，也没有可以参考的结构参数，尤其是核电站的间接空冷塔，对于目前的三代机组即使采用一机两塔也是超大型冷却塔。按照目前的设计方法，不能满足实际工程的需求，将为实际工程的实施带来很大的不确定性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于组元热力阻力特性的间接空冷系统设计计算方法，通过该方法能够预测出空冷散热器总面积和空冷塔规模，从而获得间接空冷塔系统的设计方案。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于组元热力阻力特性的间接空冷系统设计计算方法，包括以下步骤：(1)确定空冷散热器的管束类型，并进行空冷散热器相关参数和空冷塔相关参数的预设，完成间接空冷系统的设计；空冷散热器相关参数包括空冷散热器的结构参数、冷却三角的结构参数和百叶窗的结构参数；空冷塔相关参数包括空冷塔的结构参数和X柱的结构参数；(2)判断步骤(1)中设计的间接空冷系统是否同时满足空气动力学平衡和热平衡，若是，则间接空冷系统设计完成，若否，则进行空冷散热器相关参数和空冷塔相关参数的迭代计算，直至设计的间接空冷系统同时满足空气动力学平衡和热平衡，间接空冷系统设计完成。进一步，如上所述的一种基于组元热力阻力特性的间接空冷系统设计计算方法，步骤(2)中，判断步骤(1)中设计的间接空冷系统是否同时满足空气动力学平衡和热平衡，包括：1)根据步骤(1)中确定的相关参数计算空冷塔抽力Δpb和空冷塔总阻力∑Δpr；空冷塔抽力Δpb的计算公式为：空冷散热器在空冷塔塔外垂直布置时，空冷散热器在空冷塔塔外水平布置时，Δpb＝(H-hr')(ρa2-ρa1)g其中，H为空冷塔塔高；hr为塔外垂直布置空冷散热器有效高度，hr’为塔内水平布置空冷散热器有效高度，ρa1为空冷塔入口空气密度；ρa2为空冷塔出口空气密度，g为重力加速度；空冷塔总阻力∑Δpr的计算公式为：∑Δpr＝Δps+ΔpX+Δpl+ΔpkΔps＝ΔpΔ,i+ΔpΔ,o+ΔpradΔpk＝Δpt+Δpout其中，Δps为冷却三角阻力，ΔpΔ,i、ΔpΔ,o、Δprad分别为冷却三角进口阻力、冷却三角出口阻力和冷却三角本体阻力；ΔpX为X柱阻力；Δpl为百叶窗阻力；Δpk为空冷塔阻力，Δpt、Δpout分别为空冷塔塔体阻力和空冷塔出口阻力；2)根据步骤1)的计算结果判断设计的间接空冷系统是否满足空气动力学平衡，若是，则进入步骤3)，若否，则返回步骤(1)重新确定空冷散热器的相关参数和空冷塔的相关参数，直至设计的间接空冷系统满足空气动力学平衡；满足空气动力学平衡的公式为：0＜(Δpb-∑Δpr)/Δpb＜0.5％3)计算凝汽器的进口水温tw2'和空冷塔出塔水温tw2，凝汽器的进口水温tw2'的计算公式为： t w 2 ′ = t s + m s ( h s - h w ) e K c A c / c ρ w m w c p w m w ( 1 - e K c A c / c ρ w m w ) ]]>其中，ts为汽轮机排汽温度；ms为汽轮机排汽流量；hs为排汽焓；hw为饱和水的焓；Kc为凝汽器总换热系数；Ac为凝汽器总换热面积；cρw为循环水比热容；mw为循环水流量；空冷塔出塔水温tw2的计算公式为： t w 2 = t a 1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于组元热力阻力特性的间接空冷系统设计计算方法，包括以下步骤：(1)确定空冷散热器的管束类型，并进行空冷散热器相关参数和空冷塔相关参数的预设，完成间接空冷系统的设计；空冷散热器相关参数包括空冷散热器的结构参数、冷却三角的结构参数和百叶窗的结构参数；空冷塔相关参数包括空冷塔的结构参数和X柱的结构参数；(2)判断步骤(1)中设计的间接空冷系统是否同时满足空气动力学平衡和热平衡，若是，则间接空冷系统设计完成，若否，则进行空冷散热器相关参数和空冷塔相关参数的迭代计算，直至设计的间接空冷系统同时满足空气动力学平衡和热平衡，间接空冷系统设计完成。

【技术特征摘要】
1.一种基于组元热力阻力特性的间接空冷系统设计计算方法，包括以下步骤：(1)确定空冷散热器的管束类型，并进行空冷散热器相关参数和空冷塔相关参数的预设，完成间接空冷系统的设计；空冷散热器相关参数包括空冷散热器的结构参数、冷却三角的结构参数和百叶窗的结构参数；空冷塔相关参数包括空冷塔的结构参数和X柱的结构参数；(2)判断步骤(1)中设计的间接空冷系统是否同时满足空气动力学平衡和热平衡，若是，则间接空冷系统设计完成，若否，则进行空冷散热器相关参数和空冷塔相关参数的迭代计算，直至设计的间接空冷系统同时满足空气动力学平衡和热平衡，间接空冷系统设计完成。2.根据权利要求1所述的一种基于组元热力阻力特性的间接空冷系统设计计算方法，其特征在于，步骤(2)中，判断步骤(1)中设计的间接空冷系统是否同时满足空气动力学平衡和热平衡，包括：1)根据步骤(1)中确定的相关参数计算空冷塔抽力Δpb和空冷塔总阻力∑Δpr；空冷塔抽力Δpb的计算公式为：空冷散热器在空冷塔塔外垂直布置时，空冷散热器在空冷塔塔外水平布置时，Δpb＝(H-hr')(ρa2-ρa1)g其中，H为空冷塔塔高；hr为塔外垂直布置空冷散热器有效高度，hr’为塔内水平布置空冷散热器有效高度，ρa1为空冷塔入口空气密度；ρa2为空冷塔出口空气密度，g为重力加速度；空冷塔总阻力∑Δpr的计算公式为：∑Δpr＝Δps+ΔpX+Δpl+ΔpkΔps＝ΔpΔ,i+ΔpΔ,o+ΔpradΔpk＝Δpt+Δpout其中，Δps为冷却三角阻力，ΔpΔ,i、ΔpΔ,o、Δprad分别为冷却三角进口阻力、冷却三角出口阻力和冷却三角本体阻力；ΔpX为X柱阻力；Δpl为百叶窗阻力；Δpk为空冷塔阻力，Δpt、Δpout分别为空冷塔塔体阻力和空冷塔出口阻力；2)根据步骤1)的计算结果判断设计的间接空冷系统是否满足空气动力学平衡，若是，则进入步骤3)，若否，则返回步骤(1)重新确定空冷散热器的相关参数和空冷塔的相关参数，直至设计的间接空冷系统满足空气动力学平衡；满足空气动力学平衡的公式为：0<(Δpb-∑Δpr)/Δpb<0.5％3)计算凝汽器的进口水温tw2'和空冷塔出塔水温tw2，凝汽器的进口水温tw2'的计算公式为： t w 2 ′ = t s + m s ( h s - h w ) e K c A c / c ρ w m w c p w m w ( 1 - e K c A c / c ρ w m w ) ]]>其中，ts为汽轮机排汽温度；ms为汽轮机排汽流量；hs为排汽焓；hw为饱和水的焓；Kc为凝汽器总换热系数；Ac为凝汽器总换热面积；cρw为循环水比热容；mw为循环水流量；空冷塔出塔水温tw2的计算公式为： t w 2 = t a 1 + ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣勇，李海珠，白玮，王东海，王芳，杨嘉，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11