趙云云　李剛

摘 要：凝汽器是電站的主要設備之一，其性能取決于凝汽器管束結構的合理布置。該文使用STAR-CD軟件模擬循環(huán)水上進下出流動時帶狀管束布置的凝汽器殼側流場和性能，得到凝汽器殼側的流場和壓力分布、管束區(qū)換熱系數(shù)及不凝結氣體的分布情況，通過凝汽器殼側流場結果分析此種帶狀管束布置的優(yōu)劣性。

關鍵詞：STAR-CD 帶狀管束 凝汽器 數(shù)值分析

中圖分類號：TK172 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0084-02

1 概況

凝汽器是使驅動汽輪機做功后排出的蒸汽變成凝結水的熱交換設備。大型凝汽器具有良好的熱力性能的關鍵技術在于其管束的布置，管束區(qū)熱負荷均勻、蒸汽凝結充分、流動阻力小等都靠上萬根冷卻管的合理安排來實現(xiàn)。該文在STAR-CD軟件的基礎上結合udf程序文件模擬分析循環(huán)水上進下出流動時凝汽器殼側流場和性能。通過分析凝汽器殼側壓力分布、空氣濃度分布以及傳熱系數(shù)分布等分析管束布置的優(yōu)劣性，對凝汽器管束結構布置的改進和優(yōu)化提供理論指導。

2 建模

2.1 結構模型

根據(jù)提供的圖紙，凝汽器為對稱殼體，為簡化計算，分析時計算區(qū)域只取半個殼體進行計算。凝汽器為三角形叉排管束，管束區(qū)按上述單元尺寸劃分網(wǎng)格，管束區(qū)的網(wǎng)格如圖1所示。

2.2 物性參數(shù)及邊界條件

該凝汽器為雙流程設計，循環(huán)水為上進下出的流動方式，即冷卻水由上部管束進入，與蒸汽換熱后由下部管束流出。確定模擬參數(shù)如表1所示。

2.3 評價方法

該文的模擬計算方法采用壓力評價法，即通過不斷調整出口壓力（假設）計算得到設備入口的壓力（已知），計算收斂后結果認為正確的。

該文設置凝汽器抽汽壓力為出口壓力，根據(jù)模擬的結果得出凝汽器入口附近的壓力（凝汽器設計壓力），經(jīng)過對出口壓力值的不斷調整，直到推算出的凝汽器入口壓力為設計壓力時，并且計算收斂后，此時流場計算結果認為是正確的。

3 模擬結果分析

3.1 流場分布

凝汽器殼側流場速度矢量圖見圖2。蒸汽在管板上方的流速為55 m/s，最大流速為77 m/s。在管束區(qū)上方即第一流程，蒸汽逐步穿過管束區(qū)流向空冷區(qū)，部分蒸汽沿著管束區(qū)兩側的通道進入第二流程，蒸汽經(jīng)過管束區(qū)凝結后進入空冷區(qū)，在空冷區(qū)內未完全凝結的蒸汽再一次參與換熱凝結，剩余的不凝結氣體和未凝結的蒸汽一起被抽出。從圖中可以看出部分蒸汽流向熱井對凝結水進行熱力除氧，實現(xiàn)凝汽器的經(jīng)濟運行。

3.2 壓力分布

凝汽器殼側壓力分布圖如圖3所示，在管束區(qū)上方蒸汽突遇管束阻力，蒸汽動能轉換為勢能，造成壓力突然升高，隨著蒸汽深入管束區(qū)，蒸汽的壓力越來越低，即壓降越來越大。空冷區(qū)下方擋板處的壓力變化較劇烈，從速度矢量圖上也可看出擋板處的流速較高，經(jīng)計算擋板部分的壓力損失約為300 Pa，而整個管束區(qū)的總壓降約為900 Pa。

3.3 空氣質量分數(shù)分布

凝汽器空氣主要集聚在空冷區(qū)，抽空氣口的位置空氣濃度最大，最大的空氣濃度為37.75%，管束區(qū)幾乎沒有空氣的集聚，根據(jù)凝汽器布管原則可知，此管束的空冷區(qū)布置較為合理。

4 結語

通過STAR-CD軟件對凝汽器殼側流場的模擬得出，空冷區(qū)上方帶狀管束布置略微不合理，存在換熱不完全的情況，此處需要調整管束布置，空冷區(qū)下方壓力損失較大，結構仍需調整，但是總體整個管束中蒸汽流程較短、汽阻較小，部分蒸汽直接流向熱井的凝結水面，降低凝結水的過冷度并且熱力除氧。因此，此管束的布置符合凝汽器管束設計的基本原則，同時循環(huán)水上進下出流動使得水側的阻力損失較小。

參考文獻

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