闭式强制冷却系统

2024-11-15

闭式强制冷却系统（共3篇）

闭式强制冷却系统篇1

我国太阳能资源十分丰富,年日照时数在2 200 h以上地区约占国土面积的2/3以上,太阳辐射总量大于每平方米5 000 MJ,而我国目前还没有把太阳能完全应用到建筑设计理念中,我国对太阳能的利用远远没有达到多元化。居民采暖中热水的消耗在所有能源使用中占有很大比例。如果太阳能供热系统可以高效率地生产热水,则可明显地减少化石能源的使用[1]。在过去的20年内,CFD可以对各种热传递和流动问题进行合理精度的模拟,已经成为用来替代过去高额费用的实验研究的一个强大的模拟手段,但是CFD却很少用于太阳能供热系统的研究[2]。

本项研究主要对强制对流闭式循环进行模拟,所建模型中太阳能集热板是平板,并为研究太阳能供热系统的多项参数及制作材料提供优化指导[3—8]。

1 模型建立

1.1 物理模型的建立

强制循环闭式太阳能供热系统没有水的流入和流出,假设其为一个密闭的系统。泵的位置位于储水箱下面与集热板相连接的管道上,为便于模拟假设模型为一段断开的管道,管道的上下口分别定义为泵的进出口,其结构示意如图1所示,模型尺寸图2。图中各数值单位为mm。

1.2 数学模型的建立

由于太阳能供热系统中管道直径较小,为了便于分析采用k-ε模型,控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程及k、ε方程。

连续性方程:

动量守恒方程:

式中:η—流体的动力黏度;λ—流体的第二分子黏度。

能量守恒方程:

式(5)中:λ—导热系数;Sh—流体的内热源;Φ—为由于黏度作用机械能转换为热能的部分,称为耗散函数。

湍流动能输运方程(k方程):

湍流动能耗散输运方程(ε方程):

式(7)中:Gk—表示由层流速度梯度而产生的湍流动能;Gb—是由浮力产生的湍流动能;YM—由于在可压缩湍流中,过渡的扩散产生的波动;C1,C2,C3,—是常量;σk、σe—是k方程和e方程的湍流Prandtl数;Sk和Se—是用户定义的数值。

1.3 模型的边界条件

1.3.1 集热板平面的热流密度q,W/m2

1.3.2 管道

锥形区域、储水箱和集热板底部及外侧绝热。

1.3.3 模拟泵

产生的动力的位置在储水箱的下面的管道上。

2 数值模拟及结果分析

分别在雷诺数为1 500、1 000和500三种情况下进行1.5 h模拟,主要研究从7:00开始经过1.5 h后的模拟结果。其中泵为系统提供动力,雷诺数为1 500、1 000、500。

2.1 雷诺数为1 500时的模拟结果

强制对流闭式太阳能供热系统经过1.5 h后的模拟结果如图3,由图3可知:水从集热板获得热量,局部水温升高,密度降低,在集热板和储水箱之间产生密度差,再加上泵提供的外部动力,使得水沿集热板向上流,当水进入储水箱中并与温度相对较低的冷水混合,这种混合造成明显的分层现象。流经集热板的水有一个连续的升温过程,温度成层分布,温度最高的水处在集热板的最顶部。因为泵从开始就为系统提供动力,而且还有密度差产生的动力,在上部锥形区域形成的涡流使得在此位置温度较低。从温度分布图中可以看出温度较高的热水最终处于储水箱的顶部,相对较冷的水处于下部,以至于储水箱中出现了明显的分层现象。

2.2 雷诺数为1 000时的模拟结果

雷诺数为1 000时太阳能热水器经过实际时间1.5 h模拟的温度分布如图4所示。从温度分布图可以看出在雷诺数值为1 000的最大温度312 K比雷诺数为1 500时模拟的结果310 K要大,这是因为在系统中温度最高的位置位于集热板上,因此水温的高低取决于集热板内的流速的大小。

由于雷诺数为1 000时比雷诺数为1 500时相集热板里的水的停留时间相对来说是比较长的。因此雷诺数为1 000时的系统要比为1 500时最高温度要高。可以看到在这种情况下太阳能集热板中温度差5 k比雷诺数值为1 500时的3 k要大。也就是说相同时间内雷诺数为1 000时集热板内的水相比于雷诺数值为1 500情况下升温要快一些,并且可以观察到在储水箱里,水是以比较高的温度进入的,温度较高的热水和周围的冷水进行混合。

2.3 雷诺数为500时的模拟结果

雷诺数为500时强制对流闭式太阳能供热系统经过1.5 h模拟后系统的温度分布如图5所示。可以观察到系统在这种情况下最大温度317 K比雷诺数为1 000和雷诺数为1 500时的最高温度309 K和312 K都要大,相比于另外两种情况下的温度差也是较大,并且可以观察到在太阳能集热板中的局部水温比雷诺数为1 000和1 500两种情况下要升高更快,而且在上部锥形区域水形成的涡流更加明显[2],储水箱上部分层明显。强制循环太阳能供热系统经过1.5 h后,可以得到在强制对流系统随着雷诺数值的降低,供热系统最高温度却在上升。

3 结论

(1)在模拟强制循环闭式太阳能供热系统中,雷诺数和光照时间对系统影响较大。

(2)在雷诺数为1 500、1 000、500时,经过实际1.5 h的模拟后系统内的最高温度分别为310 K、312 K、317 K。随着雷诺数值的降低,温度在上升,但随着强制闭式循环系统的雷诺数降低,系统中的水获得的热量升高。

(3)系统中集热板和储水箱中的水温成层分布,温度高的水处于上部,温度低的处于下部。相对于自然循环系统,在相同时间和相同热流密度下强制循环系统的平均水温较高。

参考文献

[1]刘凯波.太阳能供热系统工程计算机辅助设计系统研究开发.昆明:昆明理工大学,2003:85—100

[2]Hamdam M.Simulation and experimental analysis of built in solar wa-ter.International Journal of Solar Energy Engineering,1995;9(3):56—57

[3]赵利勇,胡明辅,杨贞妮.太阳能利用技术与发展.能源与环境,2007;10(4):41—42

[4]王永磊,张克峰.强制循环太阳热水系统设计中几个问题的探讨.能源与环境,2005;7(3):64—71

[5]魏斯胜.太阳能供热系统组成和分类.中国住宅设施,2008;4(2):10—15

[6]吴子牛.计算流体力学基本原理.北京:科学出版社,2001;9(3):23—32

[7]黄飞,陶进庆.太阳能热水器节能效益和环境效益浅析.新能源,2000;6(2):35—40

[8]韩雷涛,谢建,苏庆益.云南省昆明市高校太阳能供热系统的研究.中国建设动态(阳光能源),2007;7(1):78—85

强制循环冷却水系统的注意事项篇2

1 冷却水系统的作用

冷却水由位于水泵房的锅炉辅机冷却水泵将冷却塔水抽至强制循环泵一侧, 在冷却腔体最低位置布置冷却给水管路, 最高位置布置冷却水排水管路, 并在给水管路和排水管路上安装进出口控制阀门, 便于冷却水的投入和退出。其主要作用:

1) 冷却润滑油。轴承的润滑油采用的是ISO VG46透平油, 油温的高低直接影响轴承的润滑和冷却。冷却水经过调节阀从润滑油的偏下侧进入, 对面偏上侧出, 经过流动指示器回到冷却水主管道。

2) 冷却泵体。冷却水经调节阀进入泵下面, 对泵本体进行冷却, 经上偏侧面, 经流动指示器回至排水管道。

3) 冷却换热器。换热器是将高温炉水与冷却水换热冷却后, 对机械密封内部进行冷却。冷却水经调节阀从换热器侧面进入, 用于冷却换热器中的炉水管, 回水从上面经流动指示器回至排水管道。

4) 冷却机械密封。冷却水经调节阀对机械密封冲洗, 冲洗后的水流入底座收液槽中, 经泄漏液收集管排入地沟。

2 注意事项

冷却水可以根据设备温度高低进行调节控制, 特别是受天气、地域等环境温度影响, 轴承温度随季节变化比较大, 应及时调整冷却水调节阀, 保证其温升和最大温度允许值在规定范围内。一旦该强制循环水泵因检修或者备用时, 可以关闭该泵冷却水进出口阀门, 节约用水。

平时应检查冷却水是否畅通, 流量大小是否合适。

闭式强制冷却系统篇3

在冷却水的循环利用系统中, 又分为敞开式循环冷却水系统和闭式循环冷却水系统。敞开式循环冷却水系统即换热后的冷却水通过冷却塔或冷却水池等直接与大气接触实现降温。密闭式循环冷却水系统是冷却水被封闭于冷却设备和冷却水管路之中, 通过冷却设备间接与冷却介质接触实现降温[2]。敞开式循环冷却水较密闭式循环冷却水而言有较大的冷却水量处理能力, 目前大多数火力发电厂的冷却系统采用敞开式循环冷却水系统。但是, 随着不同地域对于火力发电厂建设需求的出现, 为了打破水资源或者是淡水资源严重缺乏地区建设火力发电厂的局限性, 密闭式循环冷却水系统在火力发电厂中的应用不可小觑。

目前密闭式循环冷却水系统在火电厂主要有两种应用场合:一是严重缺水地区采用空冷系统冷却汽轮机的凝气, 或者是淡水资源严重缺乏地区采用海水直流冷却汽轮机的凝气, 其余辅机、设备轴承等冷却水采用密闭式循环冷却系统。二是为了防止敞开式循环冷却水系统中冷却水水质变差而影响一部分被冷却设备的使用寿命, 单独将这些设备组成一个冷却水水质更为有保障的的密闭式循环冷却系统。

下面, 以印尼某2x60MW全凝热电厂的设计为例, 系统介绍火力发电厂中密闭式循环冷却水系统在淡水资源严重缺乏地区的应用。

该电厂所在区域淡水严重缺乏, 海水经过预处理后, 采用两级反渗透+混床除盐系统。厂区所需生活用水来自两级反渗透出水。电厂凝汽器设计冷却水量为25480m3/h, 采用海水直流冷却系统。空冷器、冷油器冷却水量为1000m3/h, 其余各种辅助机械设备工业用水量为70m3/h, 采用密闭式循环冷却水系统。密闭式循环冷却水补水取自电厂除盐水, 补水量以冷却水量的0.5%计算, 约为6m/h。

密闭式循环冷却水系统由高位回收水箱, 密闭式循环冷却水泵、水-水换热器和系统供回水管路组成。系统采用母管制, 由密闭式循环冷却水泵经由循环冷却水供回水母管将密闭式循环冷却水送至各冷却水用水点系统。经过各被冷却设备升温后的冷却水再经由密闭式循环冷却水回水母管进入水-水换热器被冷却后进入高位回收水箱。循环供回水管道流速取2m/s, 设计管径为DN450。水-水换热器的冷却采用海水直流冷却。

该系统的设计要点如下:

1密闭式循环冷却水泵的选型及备用

系统处理水量为1070m3/h, 共有两套发电机组, 故密闭式循环冷却水泵不应少于两台, 综合经济性并考虑一定裕量, 选用单台流量为600m3/h的水泵共三台, 两用一备。水泵扬程根据最不利供水点所需要的扬程确定。

2冷却设备的选型及备用

冷却设备应选用密密闭式, 选用两台容量100%的管程水-水换热器, 循环冷却水走壳程, 直流海水走管程, 管程应采用耐海水腐蚀的材质, 如双相不锈钢、钛钢合金等。

3高位回收水箱的选型及备用

系统设置高位回收水箱, 用于容纳系统补水、接受系统回水、为循环水泵吸水创造条件。水箱的容积按照系统处理水量的10%确定, 水箱的清洗检修可在电厂机组检修期间进行, 不设备用。箱体设化学药剂加入口。采用充入氮气的方法来保持水箱内外压力的平衡, 并且达到隔绝空气的效果。

4管道材质与防腐

系统管道材质可采用低碳钢材质, 事先预膜处理, 并在运行时通过投加阻垢剂、缓蚀剂等防止管道腐蚀结垢。

5设备布置

由于密闭式循环冷却水系统的供水和用水点均来自于主厂房, 系统设备布置于主厂房内或者主厂房附近, 可大大缩短管道布置长度, 节约管道用量, 减少管道阻力损失。

6系统控制