ВЛИЯНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ОТВЕРСТИЯ В ОРОСИТЕЛЕ НА ТЕПЛОВУЮ РАБОТУ БАШЕННОЙ ИСПАРИТЕЛЬНОЙ ГРАДИРНИ В УСЛОВИЯХ ВЕТРА

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 теплои 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.

1. Experimental Research of Heat Transfer Performance on Natural Draft Counter Flow Wet Cooling Tower under Cross-Wind Conditions / Ming Gao [et al.] // International Journal of Thermal Sciences. 2008. Vol, 47 №7. P. 935-941.

2. Caytan, Y. Wind Effects on the Performance of Natural Draft Wet Cooling Towers, Comparison of Constructors Proposals and Realization of Performance Control Tests / Y. Caytan, L. Fabre // International Cooling-Tower Conference. Proceedings. 1989. Vol. 21, №17. Ref. Number 21068013.

3. Bender, T. J. A Study on the Effects of Wind on the Air Intake Flow Rate of a Cooling Tower: Part 3. Wind All Study / T. J. Bender, D. J. Bergstrom, K. S. Rezkallah // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 1996. Vol. 64, №1. P. 73–88.

4. Derksen, D. D. A Study on the Effects of Wind on the Air Intake FLow Rate of a Cooling Tower: Part 1. Wind Tunnel Study / D. D. Derksen, T. J. Bender // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 1996. Vol. 64, №1. P. 47–59.

5. Bender, T. J. A Study on the Effects of Wind on the Air Intake Flow Rate of a Cooling Tower: Part 2. Wind All Study / T. J. Bender, D. J. Bergstrom, K. S. Rezkallah // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 1996. Vol. 64, №1. P. 61–72.

6. Madad-Nia, J. Effect of Wind Break Walls on Performance of a Cooling Tower Model / J. Madad-Nia, H. Koosha, M. Mirzaei // Mech. & Aerospace Eng. Journal. 2008. Vol. 3, №4. P. 61–67.

7. Al-Waked, R. The Effect of Windbreak Walls on the Thermal Performance of Natural Draft Dry Cooling Towers / Rafat Al-Waked, Masud Behnia // Heat Transfer Engineering. 2005. Vol. 26, № 8. P. 50–62.

8. Experimental Research of the Guiding Channels Effect on the Thermal Performance of WEt Cooling Towers Subjected to Crosswinds–Air Guiding Effect on Cooling Tower / K. Wang [et al.] // Applied Thermal Engineering. 2010. Vol. 30, №5. P. 533–538.

9. . Al-Waked, R. Crosswinds Effect on the Performance of Natural Draft Wet Cooling Towers / Rafat Al-Waked // International Journal of Thermal Science. 2010. Vol. 49, No 1. P. 218–224.

10. Three-Dimensional Regularities of Distribution of Airinlet Characteristic Velocity in Natural-Draft Wet Cooling Tower / Wang Kai [et al.] // Journal of Hydrodynamics. 2008. Vol. 20, No 3. P. 323–330.

11. Kashani, M. M. H. Heat and Mass Transfer in the Over-Shower Zone of a Cooling Tower with Flow Rotation / M. M. Hemmasian Kashani, K. V. Dobrego // Инженерно-физический журнал. 2013. Т. 86, № 6. C. 1490–1499.

12. Al-Waked R. CFD Simulation of Wet Cooling Towers / Rafat Al-Waked, Masud Behnia // Applied Thermal Engineering. 2006. Vol. 26, Issue 4. P. 382–395.

13. Градирня : пат. 1293 Респ. Беларусь : МПК F28C 1/00 / А. Д. Солодухин, В. С. Дикун, Н. В. Павлюкевич, С. Н. Фисенко, Г. В. Дашков, С. О. Выхота, В. Ф. Давиденко, В. Л. Жданов, А. С. Хомич, Ю. М. Слижевский, А. В. Власов, В. А. Ганжин; дата публ.: 16.09.1996.

14. Добрего, К. В. Использование ориентированных брызгальных сопел для придания вращения паровоздушному потоку в надоросительном простанстве башенной испарительной градирни / К. В. Добрего, В. Ф. Давыденко, И. А. Козначеев // Инженерно физический журнал. 2016. Т. 89, № 1. С. 148–157.

15. Kashani, M. M. H. Effect of Inlet Windows Deflectors and Windbreak Walls Height on Performance of Natural Draft Cooling Tower Under Cross Wind Condition / M. M. Hemmasian Kashani, K. V. Dobrego // Heat Transfer Engineering. 2016.Vol 188, №3, P. 1-9.

16. Градирня: пат. Респ. Беларусь 2447: МПК F28C 1/00 / А. В. Власов, В. Ф. Давиденко, Г. В. Дашков, О. Г. Мартыненко, В. А. Родзевич, А. Д. Солодухин, Н. Н. Столович, В. Д. Тютиюма, В. С. Дикун, Л. С. Хасаневич ; дата публ. 30.12.1998.

17. ANSYS® Academic Research, Release 14.5, Help System, FLUENT, ANSYS, Inc.

18. Panofsky, H. A. Atmospheric Turbulence. Models and Methods for Engineering Applications / H. A Panofsky, J. A. Dutton. New York: Wiley Press, 1984. 397 p.

19. Petruchik, A. Simulation of Natural Draft Cooling Tower Performance / A. Petruchik, S. Fisenko // The 12th IAHR Symposium in Cooling Tower and Heat Exchangers. Sydney, Australia, 2001.P. 80–86.

20. Kröger, D. G. Air-Cooled Heat Exchangers and Cooling Towers. Vol. 1 / D. G. Kröger. USA: PennWell Books, 2004. 502 p.

21. Исследование внутренней аэродинамики башенной испарительной градирни / А. В. Власов [и др.] // Инженерно физический журнал. 2002. Т. 75, № 5. С. 1086–1091.

22. Исаченко В. П. Теплопередача: учебник для вузов / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. Москва: Энергоиздат, 1981. С. 292–294.

23. Петручик, А. И. Математическое моделирование испарительного охлаждения пленок воды в градирнях / А. И. Петручик, С. П. Фисенко // Инженерно-физический журнал. 1999. Vol. 72, №1. 43–49.

24. Отчет о НИР № 20113267 / А. Д. Солодухин [и др.]; Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси, Минск, 2011.