适应复杂环境风场和风机气动性能的大尺度空冷传热表面构建及风场主动诱导调控

Large-scale air-cooled forced convection heat transfer presents strong coupling characteristics with complex ambient winds, so it is of importance to study the impacts of ambient winds on large-scale air-cooled forced convection, and propose the configuration principle of air-cooled heat transfer surface and wind accommodation and control approaches by active inducement. Based on the large-scale forced draught air-cooled condenser, the modeling and numerical methods are developed for the multi-scale heat and mass transfer originating from the transportation of small-scale cells. The coupling mechanism will be thoroughly investigated between the ambient winds and the aerodynamic behavior of axial flow fans. The space characteristics at various scales of air-cooled condenser will be obtained by clarifying the wind effect and its decay mechanism on the thermo-flow performances of air-cooled condenser. The inherent shortcomings of the A-frame configuration and rectangular array of condenser cell will be analyzed and the designing principles of large-scale air-cooled heat transfer surface will be developed to adapt the complex ambient winds and aerodynamic behavior of axial flow fans. On the basis of the complicated and unfavorable impacts of ambient winds upon the air-cooled forced convection heat transfer, the active regulation and control technology by wind inducement will be proposed to take both the wind power utilization and air-cooled heat exchanger improvement into account. The understanding on the complex unsteady large-scale transport mechanism will be deepened to some extent and the novel wind power utilization will be suggested by means of the development of this project.

大尺度强迫对流空冷过程与复杂多变环境风场呈现强耦合作用，研究环境风场对大尺度空气强迫对流冷却过程的作用机理进而提出空冷传热表面构建原则及风场诱导调控方法具有重要学术意义。以大型机械通风空冷凝汽器为研究对象，以基于小尺度组元输运特性的多尺度热质传递建模和求解方法为手段，深入分析环境风场与轴流风机群空气动力学特性耦合机制，获得空冷凝汽器输运参数在不同尺度上的分布特征，揭示空冷凝汽器输运性能的风效应作用规律和衰减机理。探求现有空冷凝汽器单元"A"型框架结构和矩形阵列布局的固有缺陷，提出适应复杂多变环境风场和轴流风机群气动性能的大尺度空气强迫对流换热表面构建原则。针对环境风场对空气强迫对流冷却性能的复杂且不利影响，开发兼顾风能资源化利用和空冷换热过程输运性能改善的环境风场主动诱导调控技术。本项目的开展，将在一定程度上深化对复杂大尺度输运过程物理机理的认识，并为风能资源化利用提供新的思路和方法。

大尺度空冷对流换热过程与环境风场呈现强耦合作用，研究环境风场对空冷对流换热过程的作用机理进而提出空冷传热表面构建原则及风场诱导调控方法具有重要学术意义。. 项目以大型机械通风空冷凝汽器和自然通风空冷散热器为对象，以基于小尺度组元输运特性的多尺度热质传递建模和求解方法为手段，深入分析了环境风场与轴流风机群空气动力学特性以及空冷凝汽器流动传热特性的耦合机制，环境风场与自然通风空冷散热器以及冷却塔的耦合机制，获得了空冷换热器输运参数在不同尺度上的分布特征，揭示了空冷换热器输运性能的风效应作用规律和衰减机理。探求机械通风空冷凝汽器单元"A"型框架结构和矩形阵列布局，自然通风空冷散热器冷却三角环形均匀布置的固有缺陷，提出了适应复杂多变环境风场和轴流风机群气动性能的大尺度空气强迫对流换热表面，以及自然通风空冷换热表面的构建原则，开发了水平轴风机群机械通风空冷对流换热技术、引风式风机群V型布局换热面空冷对流换热技术、方环形布局换热面机械通风空冷技术；以及自然通风空冷表面椭圆形布局、三角形布局技术。针对环境风场对空气强迫对流和自然对流冷却性能的不利影响，开发了兼顾风能资源化利用和空冷换热过程输运性能改善的环境风场主动诱导调控技术，包括改善迎风面风机流动畸变的环境风导流技术，削弱环境风场对侧风扇区不利影响的空冷散热器内外复合环境风导流技术。针对空冷换热器面临的冬季冻结风险，开发了循环水流量调控技术，空冷散热器扇区解列技术以及百叶窗开度调节技术，以实现低温环境下空冷换热器的安全高效运行。. 本项目的开展，在一定程度上深化了对复杂大尺度输运过程物理机理的认识，为风能资源化利用提供了新的思路和方法。项目获得的大尺度空冷传热面流动传热特殊规律，以及环境风场和空冷传热过程耦合作用机理，丰富了我们对极端条件下传统热物理过程的认知，拓展了工程热物理学科的内涵和外延，并为电站空冷技术的发展奠定了理论基础。