基于气水传热量分布的电站自然通风冷却塔的配水方法

本发明涉及的自然通风冷却塔的配水的，尤其涉及基于气水传热量分布的电站自然通风冷却塔的配水方法。

背景技术：

1、自然通风冷却塔是一种靠塔内外空气密度差形成空气对流通风的自然通风冷却塔，常用于我国北方缺水地区的大型电站。在自然通风冷却塔内冷却的水来自于在电站冷端系统重要设备——凝汽器中吸收过热量的循环水，循环水经塔内喷淋、冷却后又被送往凝汽器继续循环吸热，自然通风冷却塔对喷淋水的降温越好，凝汽器循环入口水温越低，越能维持汽轮机较低的背压，电站机组的运行效率和经济性就越高，因此，电站自然通风冷却塔具有较好的冷却性能有着重要意义。

2、影响电站自然通风冷却塔冷却性能的因素有很多，为了获得电站自然通风冷却塔较好的冷却性能，业界已经从选择不同冷却性能的填料层、设置不同的填料层高度、布置非等片距填料层等多个角度入手帮助提高自然通风冷却塔性能。与此同时，也有业界人员从配水角度开展了一些工作，比如将配水喷淋面分为内区和外区，通过分区配水一方面满足冬季仅在外区配水的需要，另一方面尝试通过内、外区配以不同的淋水密度来寻求更好的自然通风冷却塔效果。但是，目前，关于自然通风冷却塔配水开展的工作还不够细致，如何进行自然通风冷却塔配水也没有明确的可操作性方法，因此，有必要开展自然通风冷却塔配水优化的相关工作。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、2、一种基于气水传热量分布的电站自然通风冷却塔的配水方法，用于优化自然通风冷却塔的配水，包括如下步骤：

4、步骤s1：建立几何模型：利用几何建模软件建立电站自然通风冷却塔湿空气流动数值模拟几何模型，

5、按照等面积原则，将所述湿空气流动数值模拟几何模型中的喷淋区顶部处圆形截面分为若干圆环截面，同时将集水池与所述喷淋区相对应的圆形截面也分为与所述喷淋区顶部截面同样数目的圆环截面，定义喷淋区的圆环截面为圆环喷淋截面，定义集水池的圆环截面为圆环接收截面；

6、步骤s2：初始配水：假定所述自然通风冷却塔的冷却水均匀喷淋，即对于所述喷淋区的每个圆环喷淋截面给予相同的配水比例，形成相同的初始淋水密度；

7、步骤s3：数值模拟：在给定所述自然通风冷却塔的配水情况下，利用流动传热数值计算软件通过数值模拟所述自然通风冷却塔内的湿空气与所述自然通风冷却塔内的喷淋水在相互影响下的流动和传热，得到所述自然通风冷却塔内湿空气流动的流场分布和逆向喷淋水在所述自然通风冷却塔内下降沿途中的蒸发量、温降的参数分布数据；

8、步骤s4：数据提取和计算：基于所述逆向喷淋水在所述自然通风冷却塔内的蒸发量和温降数据，在所述集水池表面的若干所述圆环接收截面上，分别提取所述圆环接收截面上的所述喷淋水的蒸发量和平均温降数据；

9、基于所述喷淋水在所述自然通风冷却塔的喷淋区顶部的配水量和到达所述集水池处时喷淋水的蒸发量、温降的数据，考虑所述喷淋水的蒸发潜热和降温显热两部分热量，计算得出所述喷淋水从每个喷淋区的所述圆环喷淋截面下落至相应所述集水池的圆环接收截面并向湿空气释放的热量，将所述热量累加得到所述喷淋水在自然通风冷却塔释放的总热量，进而计算得出从每个喷淋区的所述圆环喷淋截面的喷淋水在自然通风冷却塔释放的热量占所述喷淋水释放总热量的百分比；

10、步骤s5：差异检查：将每个喷淋区的所述圆环喷淋截面喷淋水的释放热量占比与对应的每个喷淋区的喷淋水量占比进行比较，若二者之间的差异小于3％～5％，则完成自然通风冷却塔喷淋水的配水优化，否则进入下一步；

11、步骤s6：配水优化：在所述自然通风冷却塔内的喷淋水量不变的情况下，按照计算得到的每个所述喷淋区顶部的所述圆环喷淋截面喷淋水释放热量在喷淋水释放总热量中的占比，重新对每个所述喷淋区顶部的所述圆环喷淋截面喷淋水量进行再分配，得到每个所述喷淋区的圆环喷淋截面新的配水比例和喷淋密度，然后返回到步骤s3。

12、优选地，所述步骤s1包括如下步骤：

13、步骤s101：利用几何建模软件根据研究对象的实际形状和尺寸对电站自然通风冷却塔进行几何建模；

14、其中，定义自然通风冷却塔内的喷淋面至填料层顶部为喷淋区，定义填料层顶部至填料层底部为填料区，定义填料层底部至集水池为雨区；

15、步骤s102：按照等面积原则，将喷淋区顶部处圆形截面的喷淋面划分成n份圆环喷淋截面，n可在2～15间取值；

16、步骤s103：按照等面积原则，将与所述喷淋面相对应的所述集水池处的圆形截面也划分成若干圆环接收截面，且所述集水池的圆环接收截面数目与所述喷淋面的圆环喷淋截面的数量相同；

17、步骤s104：设置高度为h和直径为d的圆柱体包绕所述自然通风冷却塔，作为所述自然通风冷却塔的外域空间；

18、其中，所述圆柱体的高度h为所述自然通风冷却塔的高度h0的4～8倍，所述圆柱体直径d为所述自然通风冷却塔底部直径d0的6～12倍。

19、优选地，所述步骤s101中所述几何建模软件包括solidworks、autocad。

20、优选地，所述步骤s2包括如下步骤：

21、步骤s201：基于所述喷淋面的直径，计算所述喷淋面的截面面积，根据所述圆环喷淋截面划分的数目，进而计算圆环喷淋截面的面积；

22、步骤s202：假定自然通风冷却塔均匀喷淋，即对于其每个所述圆环喷淋截面给予相同的喷淋水量比例，基于所述喷淋水量和所述喷淋面的面积计算得到单位面积喷淋水量，即淋水密度，将其作为喷淋面每个所述圆环喷淋截面的初始淋水密度。

23、优选地，所述步骤s3包括如下步骤：

24、步骤s301：利用所述流动传热数值计算软件的自定义函数功能，根据湿空气状态参数编写和加载确定湿空气密度、动力粘度、质扩散系数等物性参数的计算程序，根据湿空气当地状态和水蒸气组分比例编写和加载确定湿空气含湿量、饱和状态下含湿量、气化潜热、组分分压参数的计算程序；

25、步骤s302：利用所述流动传热数值计算软件的自定义函数功能，根据自然通风冷却塔收水器和配水装置的阻力状况，编写和加载湿空气在喷淋区内流动阻力的计算程序，根据自然通风冷却塔内填料的阻力性能，编写和加载湿空气在填料区内流动阻力的计算程序；

26、步骤s303：利用所述流动传热数值计算软件的自定义标量求解功能，根据喷淋区传热经验公式，编写和加载求解冷却水在喷淋区内蒸发量和温降等标量方程的程序，根据填料层的冷却性能公式，编写和加载求解冷却水在填料区内蒸发量和温降等标量方程的程序；

27、步骤s304：对实体模型进行网格划分，通过网格无关性验证后，在流动传热数值计算软件中设置流体物性，设置质量入口边界条件和压力出口边界条件，选择标准k-ε紊流模型，选择二阶迎风离散格式，选择simplec算法，对自然通风冷却塔内、外湿空气的流动及冷却水的蒸发和冷却进行迭代求解，得到湿空气流动的流场分布和逆向喷淋的冷却水在下降沿途中的蒸发量、温降等参数分布数值。

28、优选地，所述步骤s4包括如下步骤：所述流动传热数值计算软件包括ansys、comsol。

29、优选地，所述步骤s4包括如下步骤：

30、步骤s401：基于所述数值求解得到的冷却水在所述自然通风冷却塔内的蒸发量和温降的模拟结果，在所述集水池的若干所述圆环接收截面上，分别提取所述冷却水下落至所述集水池时蒸发量的模拟结果，同时分别提取所述冷却水下落至所述集水池时平均温降的模拟结果；

31、步骤s402：针对所述喷淋面划分出的每一个所述圆环喷淋截面，由该处的淋水密度及冷却水到达集水池处时的蒸发量和平均温降，考虑潜热(冷却水蒸发)和显热(冷却水降温)两部分热量，计算得出冷却水从每个喷淋圆环面下落至相应的集水池圆环接收截面过程中向湿空气释放的热量；

32、步骤s403：将步骤402中计算得到的所有圆环喷淋截面喷淋的冷却水向湿空气释放的热量求和，得到冷却水在自然通风冷却塔内释放的总热量；

33、步骤s404：将步骤402中得到每个圆环喷淋截面喷淋的冷却水向湿空气释放的热量与步骤403中得到的冷却水在自然通风冷却塔内释放的总热量相比，计算得到每个圆环喷淋截面喷淋冷却水的释放热量在所述自然通风冷却塔内冷却水释放总热量中的占比。

34、优选地，所述步骤s5包括如下步骤：

35、步骤s501：将每个所述圆环喷淋截面喷淋水的释放热量占比与其喷淋水量占比进行比较；

36、步骤s502：若二者之间的差异小于3％～5％，则完成自然通风冷却塔喷淋水的配水优化；

37、步骤s502：若二者之间的差异大于3％～5％，则进入步骤s6中。

38、优选地，所述步骤s6包括如下步骤：

39、步骤s601：按照每个所述喷淋圆环面喷淋水释放热量在冷却水释放总热量中的占比，对每个喷淋圆环面喷淋出的冷却水量进行重新分配，计算得出每个喷淋圆环面新的配水量；

40、步骤s602：由步骤s601中计算得到的每个喷淋圆环面新的配水量和喷淋圆环面面积，计算得到每个喷淋圆环面新的淋水密度，将其作为喷淋面每个圆环喷淋截面更新后的淋水密度。

41、步骤s603：返回到步骤s3中，进行新一轮的计算迭代，实现优化配水。

42、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

43、(1)精确配水：本发明通过数值模拟和热量分布计算，能够精确调整喷淋水的分布比例，使得自然通风冷却塔内的喷淋水量和传热量相匹配，提高冷却效率。

44、(2)优化热量传递：本发明通过考虑喷淋水的蒸发潜热和降温显热，计算喷淋水从每个圆环喷淋截面下落到集水池的热量释放情况，优化了热量传递过程，提升自然通风冷却塔的整体性能。

45、(3)均匀冷却效果：通过调整每个圆环喷淋截面的喷淋水量，使自然通风冷却塔内不同位置的冷却效果更加均匀，避免局部过冷或过热的现象。

46、(4)反馈调整机制：通过比较喷淋水释放热量占比与其水量占比，相对误差较小时即完成配水优化，否则进行再分配，形成了一种反馈调整机制，确保最终的配水方案最优。