Effect of the Fill Ventilation Window on Performance of a Natural Draft Cooling Tower Subjected to Cross-Winds

Abstract

Для улучшения тепловой работы башенных испарительных градирен, особенно в условиях ветровых нагрузок, могут использоваться разнообразные аэродинамические элементы и конструктивные решения (дефлекторы, ветроперегородки и т. п.). Одним из предложений, впервые сформулированных сотрудниками Национальной академии наук Беларуси, было сооружение центрального вентиляционного отверстия в оросителе градирни. Данное конструкционное решение обосновывалось тем, что паровоздушный поток вблизи центра подоросительного пространства градирни имеет максимум температуры и влагонасыщенности и вследствие этого слабо участвует в теплообмене. В статье численно исследуется влияние центрального вентиляционного отверстия в оросителе совместно с ветронаправляющими дефлекторами во входном окне градирни на ее тепловую работу в условиях ветра. В качестве прототипа взята градирня ТЭС «Ву-Джин», Китай, высотой 150 м и диаметром основания 114 м. При расчетах используется аналогия тепло- и массопереноса, что позволяет моделировать аэродинамику однофазного потока и выполнять детальные трехмерные расчеты на современных персональных вычислительных машинах. Коэффициент теплоотдачи оросителя и его гидродинамическое сопротивление устанавливаются в соответствии с экспериментальными данными по общему расходу воздуха в градирне. Численная модель протестирована и верифицирована в ряде предыдущих исследований. Продемонстрирована нелинейная зависимость тепловой производительности БИГ от скорости ветра с минимумом при Ucr ~ 8 м/с для моделируемой системы. Расчет показал, что при средних скоростях ветра устройство центрального отверстия не увеличивает, а наоборот, несколько уменьшает (на 3–7 %) эффективность работы градирни. Ситуация изменяется при очень сильных ветрах, превышающих 12 м/с, не характерных для условий Беларуси. Использование ветронаправляющих дефлекторов во входном окне градирни, напротив, увеличивает производительность градирни на 10–12 % в широком диапазоне скоростей ветра, превышающих 2 м/с. Результаты исследования могут быть полезны для оптимизации конструкции градирен, в том числе и перспективных градирен гибридного типа.