[发明专利]一种联合循环机组空冷系统喷雾冷却设计方法及系统

说明书

本发明提出一种联合循环机组空冷系统喷雾冷却设计方法及系统，通过建立部分冷却塔的模型，减少计算的几何模型和计算网格数量，且无需空冷系统与喷雾冷却系统耦合计算的方式进行喷嘴布置设计，以喷雾冷却的最大完全蒸发水量作为评价空冷系统喷雾冷却效果，即在保证不造成空冷散热器的结垢与腐蚀的前提下，喷雾冷却实际可实现的最大冷却效果。此外在空冷系统中，如喷雾冷却的水滴未完全蒸发，将造成空冷散热器的结垢与腐蚀，为更加合理、全面的评价喷雾冷却的冷却效果。

技术领域

本发明涉及联合循环机组空冷领域，具体为一种联合循环机组空冷系统喷雾冷却设计方法及系统。

背景技术

随着工业化、城市化以及人口的继续增长，水资源稀缺的问题变得更加突出。在湿冷塔中，冷却水的热量主要通过蒸发冷却的方式传给空气。该方式能够显著提高冷却水系统的运行性能，但是会导致大量的冷却水蒸发到空气中。相比之下，在空冷系统中，冷却水的热量主要通过自然对流换热的方式散出，避免了冷却水与空气直接接触换热方式所不可避免带来的水资源消耗。因此，当在缺水地区建造联合循环机组时，考虑到当地用水的限制，空冷系统可成为一个非常有竞争力的选择。但是，在夏季高温情况下，空冷系统的换热性能随着环境干球温度的升高而显著降低，而此时正好是全社会用电高峰期，因此，为空冷系统安装并使用喷雾冷却系统，使少量水在空冷系统的进口空气中被蒸发，降低进口空气温度，可提升联合循环机组的出力或热效率，对于提升联合循环机组的经济性有显著帮助。

喷雾冷却系统已经在许多工程领域中得到了广泛的运用，如燃气轮机压气机进口空气冷却、楼宇空调系统节能、楼宇的热环境舒适性提升等。目前，全世界超过1000台的燃气轮机都已经安装了喷雾冷却系统。喷雾冷却系统除了在以上的工程领域得到运用外，近年来也开始在空冷系统中得到应用。但与燃气轮机压气机、楼宇空调系统等的应用场景不同的是，在空冷系统中，如喷雾冷却的水滴未完全蒸发，将造成空冷散热器的结垢与腐蚀，并且空冷系统的使用环境也决定空冷系统应节约水分，尽量使喷雾水完全蒸发用于降低空气温度，因此空冷系统的喷雾冷却需确保水滴能够完全蒸发。

在目前的喷雾冷却系统设计中，普遍采用数值模拟的方式，进行喷嘴的布置设计，如针对空冷系统和喷雾冷却系统采用全尺寸的方式进行数值模拟的耦合计算，为保证计算精度，所需的计算网格数量将过大，超过一般计算机的计算能力。

发明内容

针对目前的喷雾冷却系统设计过程中，计算网格数量过大的问题，本发明提供一种联合循环机组空冷系统喷雾冷却设计方法及系统，通过采用较小的计算几何模型和较少的计算网格数量，且无需空冷系统与喷雾冷却系统耦合计算的方式进行喷嘴布置设计。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种联合循环机组空冷系统喷雾冷却设计方法，包括以下步骤：

步骤1、建立稳态的部分空冷塔几何模型进行数值模拟计算，确定空冷塔风口处的风场；

步骤2、以空冷塔风口处的风场作为喷雾冷却系统的几何模型边界条件中的入口空气风速，同时设定喷设定喷嘴群的布置方式以及喷雾水量，然后进行数值模拟计算，确定当前喷嘴布置方式下的喷雾水量的蒸发率；

步骤3、根据蒸发率调节喷雾水量并重新进行数值模拟计算，直至蒸发率为达到100％，得到最大蒸发水量；

步骤4、确定在最大蒸发水量下，水滴与几何模型对称边界的距离，当水滴与模型边界的距离大于设定值，则修改喷嘴的布置方式，并重复步骤2和3，直至水滴与模型边界的距离小于设定值，根据修改后的喷嘴的布置方式设计冷却塔的喷雾系统。

优选的，步骤1中空冷塔几何模型的顶部设置为压力出口，两个侧面分别设置为压力进口和对称的边界条件，空冷塔模型的换热器采用radiator模型以模拟换热器的换热特性。

优选的，所述radiator模型的的换热模型和阻力模型的表达式如下：