广一水泵厂丨冷却塔动力特性及水泵数值模拟研究成果和创新

 项目组主要针对适用于内陆核电重要厂用水系统的鼓风式机械通风冷却塔的空气动力特性进行了数值模拟计算。在对鼓风式机械通风冷却塔的应用、结构、工作原理等进行分析的基础上，建立了塔内外气流运动的数值计算模型，利用Fluent软件，采用标准k一e两方程湍流模型，对冷却塔周围及塔内气流运动在不同塔型条件及水泵不同填料阻力系数下进行了数值模拟计算，得到了冷却塔内速度场及压力场分布图。并计算分析了风机进口段、冷却塔进风段、填料、出口收缩段、水泵出口等区域的阻力系数以及填料上、下断面风速分布均匀性随出口收缩段高度位置、出口收缩角的大小、填料底高度及填料阻力的变化规律。广一水泵厂得出主要结论如下：

1、水泵出口收缩段高度位置影响冷却塔出口收缩段的阻力进而影响冷却塔总阻力，随位置增高阻力减小并逐渐趋于稳定；它不影响填料下断面风速分布均匀性，但影响填料上断面风速分布的均匀性，位置越高风速分布越均匀。综合考虑，当相对高度HC/HCO在0.96-1.05之间，约在收水器上1.60m-2.90m，即能保证塔内阻力系数较小又能保证填料断面风速分布较为均匀，水泵动力塔型达到最优。

2、出口收缩角大小影响冷却塔出口收缩段的阻力进而影响冷却塔总阻力，收缩角越大阻力越小，但填料上风速分布均匀性越差，而填料下风速分布均匀性不受收缩角大小的影响。综合考虑，当相对收缩角HCO/HGO在0.93-1.05之间时，出口收缩角a约在24°-32°时，即能保证塔内阻力系数较小又能保证填料断面分布相对均匀，广一离心泵动力特性达到最优。

3、填料底高度不影响冷却塔的阻力及填料上风速分布的均匀性，但影响填料下风速分布均匀性，填料底位置越高离进风口上沿越远风速分布均匀性越好，但同时水泵扬程也就越高。综合考虑，认为填料底高度距进风口上沿约1.50m比较合适。

4、不同填料阻力系数对冷却塔的阻力及均匀性的影响规律一致，但是填料阻力系数越小，风速分布均匀性越差。

5、最后，总结给出了鼓风式机械通风冷却塔各区域的阻力系数计算公式：可知水泵进口段阻力主要为几何阻力，约为2.10，其中风筒进口气流转弯的阻力系数比直角进口的阻力系数小约0.17-0.28；冷却塔进风段阻力系数与填料阻力系数呈线性关系，且比规范中所给公式计算结果更安全可靠；淋水填料阻力、淋水阻力、配水系统、收水器阻力的计算可参考目前抽风式冷却塔相应部分的计算方法来计算；出口收缩段的阻力系数与填料阻力系数、收缩角的大小等因素有关；冷却塔出口阻力损失要比出口动能大，计算出口阻力时应乘以一个修正系数，但是该修正系数与出口风速分布的均匀性有关。

广一水泵厂研究的创新点主要包括：

1、项目组首次采用流体软件Fluent对冷却塔的空气动力特性进行了研究，获取各部件的阻力系数，结果与模型试验吻合良好；

2、首次系统研究了鼓风式机械通风冷却塔的空气动力特性，并得到了各区域阻力系数的计算公式，为核电工程鼓风式冷却塔的设计和优化提供了依据。

项目组对鼓风式机械通风冷却塔的空气动力特性做了较为细致深入的研究，但仍有一些问题需要进一步探讨：

1、由于时间的限制，项目组只对冷却塔出口收缩段高度位置、出口收缩角大小及填料底高度对冷却塔空气动力特性的影响做了研究，并没有对广一化工泵的位置、进风口的形状等其它的塔型参数进行研究，以后的研究可在项目组研究的基础上对这些塔型参数进行细化研究。

2、项目组虽然对某抽风式机械通风冷却塔的流态及阻力系数进行了对比，验证了计算模型与方法的正确性，但并没有与鼓风式机械通风冷却塔进行验证，将来如果有条件的话可进一步与模型试验结果及实测结果进行对比。

3、项目组采用冷态计算模型对鼓风式机械通风冷却塔的水泵动力特性进行了研究，给出了冷却塔的阻力计算方法及气流分布特征，但实际冷却塔运行过程中雨滴对气流的影响并没有得以考虑，以后的研究应将雨滴对气流分布及阻力的影响深入下去；另外采用冷态模型来计算并没有考虑空气密度的变化，若采用热态模型进行计算可将空气密度看作变量来考虑，这样会和实际更接近。

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