论文导读：由于直接空冷机组的凝汽器是通过直接与周围空气进行热交换来达到冷凝排汽的，因此选用什么样的散热器型式将对换热效果起着至关重要得作用，目前直接空冷机组普遍采用A字形散热器，在散热过程中，A字形散热器下方的风机将冷却介质――空气送入A字形散热器内部空间，空气流向出口的流动形式和速度分布特性将直接决定着空气对内部蒸汽的冷却换热效果和作用，因此，通过建立空冷岛A字形散热器物理模型，研究如何提高其换热效果和作用将是本文的焦点。由此可以得到空冷岛A字形散热器内外流场速度分布特性。以上模拟在未考虑周围环境风场的影响下进行，而在实际情况下，周围环境风场分布对散热器内外流场速度分布起着重要的影响，因此加入环境风场因素的数值模拟研究有待于我们进一步探索。
关键词：形散热器，流场，数值模拟
第一章绪 论
由于直接空冷机组的凝汽器是通过直接与周围空气进行热交换来达到冷凝排汽的，因此选用什么样的散热器型式将对换热效果起着至关重要得作用，目前直接空冷机组普遍采用A字形散热器，在散热过程中，A字形散热器下方的风机将冷却介质――空气送入A字形散热器内部空间，空气流向出口的流动形式和速度分布特性将直接决定着空气对内部蒸汽的冷却换热效果和作用，因此，通过建立空冷岛A字形散热器物理模型，研究如何提高其换热效果和作用将是本文的焦点。
第二章 物理模型的建立和内外流场速度分布特性分析
2.1几何模型的建立
本次模拟所建立的空冷岛A字形散热器物理模型，是根据实际空冷机组几何尺寸和物理特点，进行适当缩小，利用GAMBIT绘制的空冷岛模型。
2.2网格划分
根据被模拟对象的几何尺寸和物理特点，利用前处理软件生成相应的几何模型以及计算网格。划分网格时考虑到模拟计算精度的要求和计算机硬件性能的限制以及空冷岛本身复杂的结构特点，对整个计算区域采用分块划分网格方法，A字形散热器内部采用了较密的网格，出口外部和外围环境则采用相对较疏的网格。
2.3 数值计算方法
2.3.1 湍流模型的选择
选择标准 湍流模型。论文大全。它是从实验中总结出来的，其适用范围广、计算精度合理。最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解速度和长度两个变量。在FLUENT中，标准模型自从被Launder and Spalding提出之后，就成为工程流场计算中主要的工具，在工业流场和热交换模拟中有广泛的应用。
2.3.2 主控方程及边界条件
因为模拟条件为所处环境风速是0，小于当地声速的三分之一，故空冷平台周围的大气运动被认为是不可压缩定常流动。
流体区域的流动应满足三维流动控制方程，数值模拟则采用雷诺应力平均N-S方程：
连续性方程：
动量守恒方程：
  本构方程：
采用标准k-ε湍流模式：
其中 为空气密度， 为速度， ， 为压力， 为流体动力粘性系数， 应力张量， 应变率张量。论文大全。
边界条件：A字形散热器下部布置有轴流风机，因此此界面采用风扇边界条件；表示外围环境的立方体的底面则采用进口边界条件，立方体四个侧面和顶部采用出口边界条件；A字形散热器侧面上的小缝隙采用内部区域边界条件，而除去小缝隙的两侧面则采用墙的边界条件。论文大全。
第三章 结果分析
按照CFD软件求解的步骤，根据确定的物理模型以及相应的单值性定解条件，确定适当的求解器，选取合适的网格密度，选择适用的方程进行求解计算。由此可以得到空冷岛A字形散热器内外流场速度分布特性。
3.1 空冷岛内冷却空气流过A字形散热器的流体质点迹线
冷却空气在A字形散热器入口从静止状态开始，在升压泵的作用下，获得初速度后开始上升；空气在向上流动的过程中，由于流动截面越来越小，流体质点相互碰撞并掺混在一起，形成了涡流，对后来的流体造成了流动阻力；部分流体在通过涡流区以后，垂直于A字形两侧面沿出口流出；还有部分流体在通过涡流区以后继续向上前进，与从入口进来而未经过涡流区直接上升的流体一道也垂直于A字形两侧面出口流出，只是出流位置在A字形侧面上部。
3.2 A字形散热器出口截面速度分布
取某一出口截面为例，研究其速度分布。流体在升压泵的作用下，获得初速度后，不断从入口上升；在上升的过程中，不断拐向A字形两侧的出口，最终分流并垂直于出口流出；同时，A字形侧面下部的出流量要多于上部的出流量，这主要由于流体质点从下部流出所走流程较短，沿程阻力损失较小，流出所需动力较小，因此更容易流出，出流质点较多，而上部恰好相反；在A字形内部，各质点速度较为接近，并且较低，其速度主要由升压泵获得；在流出时，由于流体在通过出口小缝隙时，所遇阻力增大，静压不断减小，动压不断上升，静压逐渐向动压转化，出流速度迅速上升，达到很大值。
3.3平分A字形散热器两侧面夹角截面速度分布
空气在升压泵的作用下获得速度后，向上流动；由于出流区不断有空气流出，所以出流区流体不断减少，为了维持流动的连续性，因此需要有别处的空气不断补充过来，这个任务就由下部上升过来的空气完成，这些空气在上升的过程中，逐渐拐向出流区，以补充那里的流体，从而实现冷却空气的连续供给，于是就形成了如图所示的回流区域。
3.4 A字形散热器水平截面速度分布
中间部分矩形为A字形散热器内部空间，其余部分为A字形散热器外部空间，在矩形边缘上分布有四个出口；在内部空间，流体从下部空间上升过来以后，进行了分流并流向四个出口，与出口在同一截面上的流体也横向流到了出口，形成了涡形流；在四个出口处，流体流出时静压不断向动压转化，速度迅速增大，以较高速度流出出口，然后在外部空间静止流体的作用下，速度逐渐减小。
第四章 结 论
以空冷机组空冷岛A字形散热器为研究对象，通过观察不同剖面速度分布，可以得出A字形散热器内外流场速度分布特性：在散热器内部，从进口开始，空气在升压泵的作用下，获得初速度开始向上流动，在流动过程中，出口截面上的流体不断拐向A字形侧面小缝隙出口，而未在出口截面上的流体则横向流向小缝隙出口；流体在从入口到出口前速度较低，而在出口处，由于出口截面较小，因此需要消耗较高静压，并且静压不断向动压转化，流体在出口截面上获得了较高的速度，高速出流的流体在外部空间静止流体的作用下，逐渐减速上升。
以上模拟在未考虑周围环境风场的影响下进行，而在实际情况下，周围环境风场分布对散热器内外流场速度分布起着重要的影响，因此加入环境风场因素的数值模拟研究有待于我们进一步探索。
参考文献
[1] 丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京：水力电力出版社，1992.
[2] 顾国新，张新海.空冷系统设计经验介绍.全国火电空冷机组技术交流论文集,2005,11
[3] 刘刚.关于自然风对直接空冷机组运行的运行.全国火电空冷机组技术交流论文集,2005,11.
[4] 马义伟.电站空冷若干专题讨论[R].哈尔滨:哈尔滨工业大学，哈尔滨能源科学与工程学院.2004.
[5] 武吉林.直接空冷汽轮机组优化设计与运用[J]山西电力，2008，2（1）：48-50.
[6]王福军，计算流体动力学分析[M]:清华大学出版社，2004.
[7] 赵文升 王松岭 高月芬等.直接空冷系统中热风回流现象的数值模拟和分析[J]动力工程，2007，27（4）：487-491.
[8] 周兰欣，白中华，张淑侠等.空冷平台外部流场的数值模拟[J].动力工程，28（3），386-689.
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