电站空冷岛轴流风机模型研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22159

发电技术 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 545-557.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.22159

电站空冷岛轴流风机模型研究

刘学¹, 李国栋¹, 张瑞颖¹, 侯一晨², 陈磊², 杨立军²

^1.华电重工股份有限公司, 北京市丰台区 100070
^2.华北电力大学能源动力与机械工程学院, 北京市昌平区 102206

收稿日期:2023-09-23 修回日期:2023-11-16 出版日期:2024-06-30 发布日期:2024-07-01
通讯作者: 陈磊
作者简介:刘学(1971)，男，硕士，正高级工程师，研究方向为节能、储能及空冷系统，liux@chec.com.cn；
李国栋(1972)，男，博士，正高级工程师，研究方向为空冷及管道系统，ligd@chec.com.cn；
张瑞颖(1985)，女，硕士，高级工程师，研究方向为热能动力工程，zhangry@chec.com.cn；
侯一晨(1997)，男，硕士研究生，主要研究方向为智慧冷端系统安全节能运行，18832277235@163.com；
陈磊(1988)，男，博士，副教授，研究方向为智慧冷端系统安全节能运行、电化学储能和氢能，本文通信作者，leichen@ncepu.edu.cn；
杨立军(1970)，男，博士，教授，研究方向为热力发电节能、电池储能和氢能技术，yanglj@ncepu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52006070)

Research on Axial Flow Fan Models of Air Cooling Island in Power Plant

Xue LIU¹, Guodong LI¹, Ruiying ZHANG¹, Yichen HOU², Lei CHEN², Lijun YANG²

^1.Huadian Heavy Industries Company Limited, Fengtai District, Beijing 100070, China
^2.School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China

Received:2023-09-23 Revised:2023-11-16 Published:2024-06-30 Online:2024-07-01
Contact: Lei CHEN
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52006070)

摘要/Abstract

摘要：

目的轴流风机作为直接空冷系统的主要设备，其气动性能对于直接空冷系统的流动换热性能具有重要影响。由于空冷岛的流动换热问题在空间几何上跨越了多个尺度，采用实验方法进行研究较为困难，通常利用数值模拟的手段进行研究。因此，对于现在大多数模拟工作中采用的简化风机集总参数模型(简化模型)的准确性进行讨论分析十分必要。方法采用数值模拟的方法，分别建立了包含风机叶片的实体风机模型(实体模型)和简化模型。分别研究了不同温度、风速、风向角条件下采用实体风机和风机模型对于电站冷端系统输运性能的影响规律，通过对比分析获得了各个工况下的空气侧压力场和流场的分布规律，并对采用不同风机模型的电站冷端系统各个空冷凝汽器单位的轴流风机冷却空气压降和流量进行了统计和对比。结果实体模型与简化模型的差异主要体现在低流量区，且风速越大，差异越明显。结论研究结果可为提高电站冷端系统数值模拟研究的准确性提供参考。

关键词: 轴流风机, 实体风机模型, 空冷岛, 数值模拟

Abstract:

Objectives As the main equipment of the dry cooling system, the aerodynamic performances of axial flow fans play an important role in the flow and heat transfer performances of the direct dry cooling system. Because the flow and heat transfer problems of the air-cooled island spans multiple scales in geometric dimensions, the experimental method is hard to realize while the numerical simulation method is usually used. Therefore, it is necessary to discuss and analyze the accuracy of simplified lumped parameter fan model (i. e., the simplified model) used in the previous simulation work. Methods Based on the numerical simulation method, the real model containing the fan blade fan model (real model) model and the simplified model were both built. Under different weather conditions, the transport properties of the direct dry cooling system were studied. The comparison and analysis of the air-side pressure field and flow field distributions were conducted. Furthermore, the pressure drops and flow rate of the cooling air through the axial flow fan in each air-cooled condenser cell of the direct dry cooling system with different fan models were analyzed and compared. Results The difference between the real model and the simplified model is mainly reflected for the axial flow fans with low flow rates, and the difference becomes more obvious with the increase of wind speed. Conclusions The results of this paper can provide reference for improving the accuracy of numerical simulation of the direct dry cooling system.

Key words: axial flow fan, real fan model, air cooling island, numerical simulation

中图分类号:

TM 621

刘学, 李国栋, 张瑞颖, 侯一晨, 陈磊, 杨立军. 电站空冷岛轴流风机模型研究[J]. 发电技术, 2024, 45(3): 545-557.

Xue LIU, Guodong LI, Ruiying ZHANG, Yichen HOU, Lei CHEN, Lijun YANG. Research on Axial Flow Fan Models of Air Cooling Island in Power Plant[J]. Power Generation Technology, 2024, 45(3): 545-557.

图/表 19

表1 风机设计运行参数

Tab. 1 The operation parameters of fan’s design

风机

全压/Pa

图1 轴流风机性能曲线

Fig. 1 Performance curves of axial flow fan

图2 机械通风电站冷端系统

Fig. 2 Mechanical direct air cooling system

图3 计算域示意图

Fig. 3 Schematic diagram of computational domain

图4 网格划分

Fig. 4 Illustration of meshes

图5 风机网格划分

Fig. 5 Illustration of fan meshes

表2 体积流量的网格独立性实验

Tab. 2 Air volume flow rate for grid independence test

简化模型	网格数	空气的体积流量/(m³/s)
网格1	871万	15 372
网格2	1 028万	15 445
网格3	1 234万	15 495

图6 空冷凝汽器单位编号及风向角方位

Fig. 6 Serial number of air-cooled condenser and wind directions

图7 无风情况下，不同风机模型对应竖直截面内压力分布

Fig. 7 Pressure distributions in vertical sections at wind speed of 0 m/s for different fan models

图8 4 m/s风速下，不同风机模型所对应沿环境风向竖直截面内压力分布

Fig. 8 Pressure distributions in vertical section along wind direction at wind speed of 4 m/s for different fan models

图9 12 m/s风速下，不同风机模型所对应沿环境风向竖直截面内压力分布

Fig. 9 Pressure distributions in vertical section along wind direction at wind speed of 12 m/s for different fan models

图10 无风情况下，不同风机模型对应竖直截面内速度大小及流线分布

Fig. 10 Velocity magnitude and streamline distributions in vertical section at wind speed of 0 m/s for different fan models

图11 4 m/s风速下，不同风机模型对应竖直截面内速度大小及流线分布

Fig. 11 Velocity magnitude and streamline distributions in vertical section at wind speed of 4 m/s for different fan models

图12 12 m/s风速下，不同风机模型对应竖直截面内速度大小及流线分布

Fig. 12 Velocity magnitude and streamline distributions in vertical section at wind speed of 12 m/s for different fan models

图13 无风情况下各风机流量分布

Fig. 13 Flow rate distribution of fans in the absence of wind

图14 4 m/s风速下，不同风向角下各风机流量分布under different wind directions

Fig. 14 Flow rate distribution of fans at wind speed of 4 m/s

图15 12 m/s风速下，不同风向角下各风机流量分布under different wind directions

Fig. 15 Flow rate distribution of fans at wind speed of 12 m/s

图16 不同风速、风向下迎风侧轴流风机的流量

Fig. 16 Flow rate of windward axial flow fans under different wind speeds and directions

图17 不同环境气象条件下空冷岛总流量变化规律

Fig. 17 Variation of total flow rate of air cooling island under various environmental conditions

参考文献 26

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电站空冷岛轴流风机模型研究

Research on Axial Flow Fan Models of Air Cooling Island in Power Plant

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