CN112036044B - 一种高海拔空冷岛散热面积的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高海拔空冷岛散热面积的设计方法，该方法是基于分子运动理论，气压降低对强制对流换热系数没有影响，气压降低对空冷系统的影响主要体现在密度的变化上，密度的变化将对空冷系统设计产生主导作用。采用相对计算方法：通过已建成的空冷岛散热面积，根据海拔高度、设计散热系数、翅化比以及迎面风速折算高海拔条件下散热面积变化量。本发明直接给出了高海拔空冷岛散热面积的设计方法，简单明了，易于计算的程序化。
Description
技术领域
本发明属于电站锅炉及汽轮机系统领域，具体涉及一种高海拔空冷岛散热面积的设计方法。
背景技术
电厂空冷技术以其优越的节水性能有效的解决了电力发展与水资源相对匮乏的矛盾，成为富煤缺水地区大容量电站的最佳选择。近十年来，越来越多大容量的直接空冷机组和间接空冷机组相继投运，尤其是1000MW直接空冷机组投运，成为我国空冷技术发展的里程碑。
高海拔地区，大气压力低，空气相对稀薄，对于空冷系统设备，若选用与平原地区相同的选型设计，将会影响机组的运行性能和运行安全。目前，海拔超过3000m地区空冷电厂尚未投运，高海拔、低气压对大容量高参数机组的影响尚缺乏较深入的理论分析和运行经验，故对空冷系统的选择需进行深入地研究。
发明内容
本发明的目的在于解决以上问题，提供一种高海拔空冷岛散热面积的设计方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种高海拔空冷岛散热面积的设计方法，包括以下步骤：
1)通过已建成的空冷岛散热面积，根据海拔高度、设计散热系数、翅化比以及迎面风速，折算高海拔条件下散热面积变化量；
2)在总散热量、设计环境温度、设计排汽压力、迎面风速、定压比热容、散热系数、翅化比相同的情况下，空冷岛的散热面积与空气密度相关，求得高海拔空冷岛的空气密度，即可求得高海拔空冷岛散热面积。
本发明进一步的改进在于，通过式(1)折算高海拔条件下散热面积变化量：
A迎：迎风面积；
V迎：迎面风速；
ρ：空气密度；
Cp：定压比热容；
K：散热系数；
R：翅化比；
下标1：已建成的空冷设计参数；
下标2：高海拔处空冷设计参数。
本发明进一步的改进在于，对于强制对流换热，根据式(2)准则数方程式计算：
Nu＝f(Re,Pr) (2)
其中：
Nu：努谢尔数；
Re：雷诺数；
Pr：普朗特数，
μ：动力粘度；
λ：气体的导热系数，
：分子平均自由行程；
v：分子平均速度；
Cv：空气定压比热容；
大气压力变化对Re不产生影响。
本发明进一步的改进在于，通过已建成的空冷岛散热面积，根据海拔高度、设计散热系数、翅化比以及迎面风速折算高海拔条件下散热面积变化量，总风量等于迎面风速与迎风面积之积，所以空冷风机风量增加的幅度与散热器面积相同。
本发明进一步的改进在于，根据空冷计算基本公式，整理得到通用的直接空冷计算公式(3)：
其中：
Q：散热量；
ITD：初始温差。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明给出了高海拔空冷岛散热面积的设计方法，该方法基于分子运动理论，气压降低对强制对流换热系数没有影响，气压降低对空冷系统的影响主要体现在密度的变化上，密度的变化将对空冷系统设计产生主导作用。采用相对计算方法：通过已建成的空冷岛散热面积，根据海拔高度、设计散热系数、翅化比以及迎面风速折算高海拔条件下散热面积变化量。该发明直接给出了高海拔空冷岛散热面积的设计方法，简单明了，易于计算的程序化。
附图说明
图1为海拔高度与大气压力、空气密度对应关系曲线；
图2为海拔高度与散热面积增加量对应关系曲线；
图3为海拔高度与散热面积增加量对应关系(不同换热系数)图；
图4为海拔高度与散热面积增加量对应关系(不同迎面风速)图。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施示例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施示例1
本发明提供的一种高海拔空冷岛散热面积的设计方法，对于强制对流换热，根据式(1)准则数方程式计算：
Nu＝f(Re,Pr) (1)
其中：
Nu：努谢尔数；
Re：雷诺数；
Pr：普朗特数，
μ：动力粘度；
Cp：定压比热容；
λ：气体的导热系数，
ρ：空气密度；
：分子平均自由行程；
v：分子平均速度；
Cv：空气定压比热容；
大气压力变化对Re不产生影响。
在压强不太高且压强变化小于1MPa时，压强对气体动力粘度的影响很小，可以忽略。由于工程实践所面对的高海拔地区大气压力变化均在0.1MPa以内，故可近似认为动力粘度与大气压力无关。根据分子运动论，气体的定压比热容取决于气体分子的原子个数及温度，气压降低对空气对流换热系数没有影响。根据分子运动论，理想气体导热系数其中密度ρ与大气压力成正比，分子平均自由行程/>与大气压力成反比，分子平均速度v和定容比热Cv与压力无关，所以气体的导热系数λ与气体的压力无关，即普朗特数Pr与大气压力无关。
综上分析，气压降低对强制对流换热系数没有影响。气压降低对空冷系统的影响将主要体现在密度的变化上，密度的变化将对空冷系统设计产生主导作用。海拔高度与大气压力、空气密度对应关系曲线见图1。
相对计算方法：通过已建成的空冷岛散热面积，根据海拔高度、设计散热系数、翅化比以及迎面风速折算高海拔条件下散热面积变化量。总风量等于迎面风速与迎风面积之积，所以空冷风机风量增加的幅度与散热器面积相同。
根据空冷计算基本公式，整理得到通用的直接空冷计算公式(2)：
其中：
Q：散热量；
A迎：迎风面积；
V迎：迎面风速；
ITD：初始温差；
K：散热系数；
R：翅化比。
则可得到，在总散热量、设计环境温度、设计排汽压力、迎面风速、定压比热容、散热系数、翅化比相同的情况下，空冷岛的散热面积只与空气密度相关，如式(3)所示：
设0m海拔下翅片管总面积为1，则可得到不同海拔区间的翅片管面积见表1所示，迎面风速2.1m/s，翅化比123，换热系数28.5W/(m2.K)。
表1空冷凝汽器散热面积和海拔高度对应关系
由上表则可得到，海拔0-3230m，所需散热面积较0m增加27％，较1000m海拔增加约18.9％。面积增加率见图2。
散热面积与海拔对应关系为幂函数，近似线性，随着海拔升高，散热面积变化率增加。
由上述公式可以看出，不同海拔高度(不同空气密度)散热器总面积之比，与设计迎面风速、设计翅化比和换热系数这三个参数有关，定压比热容可认为是常数。首先讨论换热系数对面积比的影响：此处研究了换热系数分别为28.5至34W/(m2.K)，海拔高度变化对散热面积增加比的影响，见表2和图3。
表2换热系数对散热面积增加比的影响
由表2可知，随着设计换热系数的增加，同样海拔高度所需要的散热面积较0m增加量变大，设计换热系数28.5W/(m2.K)下，海拔3230m所需散热面积比0m增加约27％，设计换热系数34.5W/(m2.K)下，海拔3230m所需散热面积比0m增加约31％，提高了4个百分点。
由直接空冷系统换热公式可知，翅化比变化的影响与换热系数一致，即：翅化比增大，同样海拔高度所需要的散热面积较0m增加量变大。
迎面风速变化引起的变化规律正好相反，迎面风速增大，同样海拔高度所需要的散热面积较0m增加量变小。表3为不同迎面风速下，海拔高度变化引起的空冷凝汽器面积增量。
表3迎面风速对散热面积增加比的影响
设计迎面风速2.1m/s时，海拔高度3230m，空冷凝汽器面积相比0m增加约27％，提高迎面风速至2.3m/s，空冷凝汽器面积相比0m增加约25.2％，减少了1.8个百分点，不同迎面风速对散热面积增加比的影响见图4。
本发明给出了高海拔空冷岛散热面积的设计方法。基于分子运动理论，气压降低对强制对流换热系数没有影响，气压降低对空冷系统的影响主要体现在密度的变化上，密度的变化将对空冷系统设计产生主导作用。采用相对计算方法：通过已建成的空冷岛散热面积，根据海拔高度、设计散热系数、翅化比以及迎面风速折算高海拔条件下散热面积变化量。该发明直接给出了高海拔空冷岛散热面积的设计方法，简单明了，易于计算的程序化。
Claims (4)
1.一种高海拔空冷岛散热面积的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过已建成的空冷岛散热面积，根据海拔高度、设计散热系数、翅化比以及迎面风速，折算高海拔条件下散热面积变化量；
2)在总散热量、设计环境温度、设计排汽压力、迎面风速、定压比热容、散热系数、翅化比相同的情况下，空冷岛的散热面积与空气密度相关，求得高海拔空冷岛的空气密度，即可求得高海拔空冷岛散热面积；
通过式(1)折算高海拔条件下散热面积变化量：
A迎：迎风面积；
V迎：迎面风速；
ρ：空气密度；
Cp：定压比热容；
K：散热系数；
R：翅化比；
下标1：已建成的空冷设计参数；
下标2：高海拔处空冷设计参数。
2.根据权利要求1所述的一种高海拔空冷岛散热面积的设计方法，其特征在于，对于强制对流换热，根据式(2)准则数方程式计算：
Nu＝f(Re,Pr) (2)
其中：
Nu：努谢尔数；
Re：雷诺数；
Pr：普朗特数，
μ：动力粘度；
λ：气体的导热系数，
θ：分子平均自由行程；
v：分子平均速度；
Cv：空气定压比热容；
大气压力变化对Re不产生影响。
3.根据权利要求1所述的一种高海拔空冷岛散热面积的设计方法，其特征在于，通过已建成的空冷岛散热面积，根据海拔高度、设计散热系数、翅化比以及迎面风速折算高海拔条件下散热面积变化量，总风量等于迎面风速与迎风面积之积，所以空冷风机风量增加的幅度与散热器面积相同。
4.根据权利要求3所述的一种高海拔空冷岛散热面积的设计方法，其特征在于，根据空冷计算基本公式，整理得到通用的直接空冷计算公式(3)：
其中：
Q：散热量；
ITD：初始温差。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003068944A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Nec Corp | 強制対流冷却型ヒートシンクの最適フィン間隔算出方法と装置ならびにヒートシンク |
| CN201133277Y (zh) * | 2007-12-31 | 2008-10-15 | 南车戚墅堰机车有限公司 | 内燃机车冷却系统的高低温散热装置 |
| CN104765970A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-08 | 国网青海省电力公司检修公司 | 一种高海拔电力设备状态评价方法 |
| CN104848708A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-08-19 | 华北电力大学 | 一种基于温度场和流速场的空冷岛阵列控制方法 |
| WO2017185198A1 (zh) * | 2016-04-25 | 2017-11-02 | 谭波 | 空冷器、空冷岛及空冷岛的运行方法 |
| US10143107B1 (en) * | 2015-12-14 | 2018-11-27 | EMC IP Holding Company LLC | Altitude-based adaptive cooling of a computing device |
| CN109766589A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-17 | 西安交通大学 | 一种管翅式换热器非均匀迎面风速下性能评价方法 |
-
2020
- 2020-09-03 CN CN202010925479.5A patent/CN112036044B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003068944A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Nec Corp | 強制対流冷却型ヒートシンクの最適フィン間隔算出方法と装置ならびにヒートシンク |
| CN201133277Y (zh) * | 2007-12-31 | 2008-10-15 | 南车戚墅堰机车有限公司 | 内燃机车冷却系统的高低温散热装置 |
| CN104765970A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-08 | 国网青海省电力公司检修公司 | 一种高海拔电力设备状态评价方法 |
| CN104848708A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-08-19 | 华北电力大学 | 一种基于温度场和流速场的空冷岛阵列控制方法 |
| US10143107B1 (en) * | 2015-12-14 | 2018-11-27 | EMC IP Holding Company LLC | Altitude-based adaptive cooling of a computing device |
| WO2017185198A1 (zh) * | 2016-04-25 | 2017-11-02 | 谭波 | 空冷器、空冷岛及空冷岛的运行方法 |
| CN109766589A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-17 | 西安交通大学 | 一种管翅式换热器非均匀迎面风速下性能评价方法 |
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 燃机联合循环机组直接空冷凝气器选型优化;邱永罡;《华电技术》;20180531;全文 * |
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