基于风洞模拟试验的冷却塔内烟气膨胀系数测量.pdf

第37卷第8期
华电技术
Vol 37
2015年8月
Huadian Technology
ug.2015
基于风洞模拟试验的冷却塔內烟气膨胀系数测量
马进,田文鑫,姜益善,徐熠
(国电环境保护研究院,南京210031)
摘要:利用环境风洞模拟冷却塔内烟气抬升,从而测量烟气膨胀系数。试验按照相似理论选取参数,模型和原型之间
的烟气密度比、密度佛罗德数、试验风速比相等,由于塔内烟气升速比塔内空气升速大得多,如果气流升速不再随着塔内
空气与烟气中心距离的增加而迅速减小,则认为测得烟气边缘,从速度分布可以得到烟气直径。试验结果发现:由于塔
壁的作用,烟气膨胀系数B对坏境风速不敏感,从烟道出口至塔顶处B平均值约为0.10,夹卷系数比膨胀系数小0.03左
右。与水槽等试验结果相比,风洞试验模拟测出的膨胀系数比较接近准确值。
关键词:风洞;烟塔合一;膨胀系数;夹卷系数;湍流
中图分类号:TU317.1;TU271.1
文献标志码:A
文章编号:1674-1951(2015)08-0030-03
0引言
间的烟气密度比、密度佛罗德数、试验风速比相等
由于烟气升速比塔内气体升速大许多,具有射
近年来,越来越多的电厂采用冷却塔排烟。冷流特性,试验測量气流上升速度时,如果气流升速不
却塔排烟现场测试和模拟计算表明,电厂通过冷再随着与烟气中心距离的增加而迅速减小,则认为
却塔排烟大多数情况下优于烟囱排放2,烟气拾升测得了烟气边缘。根据速度分布,可以确定不同高
效果远比加装烟气换热器(GGH)好,在工程上也有度处的烟气半径,从而计算烟气膨胀系数。
节约土地、降低防腐要求等优势,具有节能减排的优1.1试验内容及参数
良特性3
原型冷却塔高197.6m,塔口直径为79.3m,烟
冷却塔设计与塔内气体的膨胀系数密切相关,道高55.0m,内径为8.6m,模型几何相似比为
塔内气体和烟气膨胀主要由塔内湍流引起,准确测1:400。塔内气体速度测量采用IFA300热线风速计
定塔内烟气膨胀系数可为工程设计人员和环境工程(美国TSI公司生产),采样时间为8,采样频率为
师提供设计依据。
1000Hz。图2为塔内空气不断卷入,烟气扩散示意
风洞试验
图,图3为塔内速度采样现场照片。
现场照片(如图1所示)显示了塔内烟气夹卷
塔内空气膨胀并抬升的过程,国电环境保护研究院
环境风洞实验室模拟测量了塔内烟气膨胀系数。
图2塔内烟气夹卷与扩散示意
1.2夹卷速度
图1冷却塔内烟气排放
设周围空气卷入烟气的速度为L.,单位时间内
此次风洞模拟试验按照相似理论选取参数,除。在d,段卷人的空气为2 TR u, pd,对应烟气质量通
了边界层满足风郎线和滞流相似外,模型和原型之量微分为d(rR3p),于是有
收稿日期:2015-03-30;修回日期:2015-07-16
d(TR: 1)=2MR,upd,
第8期
马进,等:基于风洞模拟试验的冷却塔内烟气膨胩系数测量
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度气流上升速度沿x方向的变化。图6为依据式
(3)求出的不同风速下平均膨胀系数B(以下均为从
烟道排口开始计算的平均值)随高度的变化趋势。
风向
向
200m
80m
140
向
120m
向
图3塔内速度采样现场
100m
30 m 10 m jo -io p
(2)
塔
式中:R为z方向不同高度处烟气半径,m;0为烟气
塔底
平均升速,m/s:p为空气密度,由于此次试验烟气速
度都较小(模型烟气升速小于1.0m/s),视为不变 MMYAAAANNNNNM Om
量,kg/m3;a定义为夹卷系数。
2试验结果分析
图4塔内测量布点
2.1膨胀系数B
x=100m
静止空气中,烟气膨胀系数B由式(3)定义
=120m
=140
R.=R。+B(2-xa0)
z=160m
180m
式中:B为烟气的膨胀系数;R为烟气初始半径,m;
zo为z方向的烟气初始高度坐标,m。
2.2烟气边缘判定方法
由于塔底和四周塔壁的边界作用,没有烟气时,
40-30-20-10010203040
x向高度/m
冷却塔内空气的升速沿半径方向的分布特点是:从
图5静风下,不同高度气流上升速度
中心到塔壁可以分3圈,最大升速在第2圈而不在
沿x方向的变化
塔中心圈,靠近塔壁的区域升速最小,烟道布置在中
0.25
心位置。
0 m/s
烟气升速比塔内空气升速大许多,试验发现,烟
家0.20
气基本落在中心圏,烟气和塔内空气分界点的特征
盤0.15
是:随着塔内空气与烟气中心距离的增加,速度不再
迅速减小,即速度梯度从较大的负值接近0
0120
160
2.3试验测出的平均膨胀系数
向高度m
图4为塔内测量布点,表1为10m高处不同环
图6不同高度的平均膨胀系数B
境风速从10下测出的不同高度处的烟气直径、膨胀系
当风速增至12m/s或16mvs时,180m处的平
数和湍流强度(表1中7为同高度x方向各个测量均膨胀系数B接近0.11,塔口处的膨胀系数约为
点湍流强度平均值)。图5为静风条件下,不同高0.10。由此可见,由于冷却塔侧壁的影响,环境风速
表1不同环境风速下,不同高度处烟气直径D、平均膨胀系数β和湍流强度T
z向高度
参数o/(m?s-1)
80m
100m
120m
140m
160m
180 m
30
36
0
20,5
21.1
19.5
19.6
18.1
17,7
B
0.188
0.149
0.165
0.138
0.130
0.118
28
26
21.6
24.3
B
0.228
0.171
0.149
0.138
0.121
0.110
注:R:=Ra+B(z-55)