西图双流程凝汽器水室流场模拟分析

西图双流程凝汽器水室流场模拟分析

苏雪香

（哈尔滨汽轮机厂辅机工程有限公司150090）

摘要：针对典型300MW机组美国西图项目凝汽器双流程水室结构进行数值模拟。计算所需的边界条件参照水室运行参数，采用25℃水作为模拟工质，分析流体在凝汽器中的流场分布及压力损失。对凝汽器水室结构设计有很好的指导型意义。

关键词：凝汽器；水室；结构；流场分布；压力损失

前言：作为冷端系统最关键的换热设备凝汽器，其双流程水室工作原理为：循环冷却水自凝汽器前水室循环水入口进入，沿换热管内壁向后水室侧流动，不断地吸收来自于管外侧蒸汽的热量，流至后水室后再向前水室侧折返，继续吸收外侧蒸汽的热量，最终从前水室循环水出口流出。水室是凝汽器水侧的重要组成部分，是引导冷却水进入和离开冷却管的部件。设计良好的水室结构应该保证进入各冷却管的水量均匀，水阻较小，能够消除水室内较大的涡流区域，有着很重要的意义。

故针对此，对典型300MW机美国西图项目双流程水室结构，进行了数值模拟流场分析，以期对同类型机组的凝汽器水室结构通用及分析，能起到积极作用。

一、结构模型

根据西图凝汽器水室图纸，应用UG-NX4.0建造计算用实体模型建模，再使用ANSYS-ICEM11.0划分非结构化网格，应用CFX软件进行数值的模拟分析流场凝汽器压力损失。

图1凝汽器结构模型

凝汽器水室入口为循环水管道接口，出口应为内部换热管，换热管为两流程布管形式，每个腔室内共有万余根换热管，全部按照真实尺寸构造极为困难，因此进行简化处理。简化的方法是按照原布管形状给出一个大的出口，保证出口流通面积与换热管通流总面积基本一致。图2为原布管图，图3为简化后出口布置图。

图2原管束布置图图3简化管束布置图

采用ICEM对水室结构进行网格划分，网格数量在670万左右。模拟采用模型，其中入口边界条件为流量入口，流量G=5043.1667kg/s；出口边界条件为平均静压出口，静压P=0.48MPa。

二、CFX计算流场结果

考虑重力加速度以及考虑粘性损失的情况下，计算得到流场：

图4凝汽器内部流场流线分布

前水室入口处流线分布紊乱，存在较大涡流；后水室最上部及最下部存在涡流区域，后水室整体流线分布较好；前水室出口处与进口处流线分布相似，流线分布紊乱，存在涡流区域。

三、CFX计算压力结果

图5凝汽器压力分布示意图

流体从水室入口到水室出口，压力总体趋势是逐渐减小。

为了计算水室进出口压力损失，计算结构模型中定义以下几个界面：

图6凝汽器结构中界面

五、对比计算结果

注：该凝汽器水阻计算不包括高度差所引起的压力差

通过对比CFX计算结果与公式计算结果，可见直管段的压力损失相近，水室冷却水进出口摩擦损失与冷却管出口摩擦阻力CFX计算结果偏小，因为公式计算选取冷却管进出口局部阻力系数根据水室结构无限大选取，系数较大，计算阻力值变大。

总的来讲，CFX计算压损与公式计算值较吻合。

结束语：

通过分析凝汽器水室结构内流线分布情况，建议水室上部和下部死角处加导流板以消减漩涡的存在，使流动趋于更加合理，降低压损；

CFX计算表中前水室入口、前水室出口的压损值包括了冷却水进出口摩擦损失及水室内的压损，总值在2-3kpa左右，加入导流板降低水室压损的最大值也不能超过3kpa。所以建议考虑加入导流板有重大意义。

参考文献：

[1]曲建丽.电站凝汽器的数值模拟研究与应用[D].山东大学，2007：

[2]张卓澄.大型电站凝汽器[M].北京：机械工业出版社，1993.

[3]汪国山.电站凝汽器热力性能数值仿真及其应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

作者简介：

苏雪香（1974-），女，1998年毕业于燕山大学，机械设计专业，工程师，长期从事汽轮机辅机设备的研发和设计工作。