專利名稱：基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及超大型冷卻塔技術(shù)領域，尤其涉及一種基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法。
背景技術(shù)：
逆流式自然通風濕式冷卻塔廣泛的應用于國民經(jīng)濟的諸多部門，主要有電力、石油、化工等，其作用是將挾帶廢熱的冷卻水在塔內(nèi)與空氣直接接觸進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣。這種類型冷卻塔通風筒常采用雙曲線形，用鋼筋混凝土澆制，塔筒底部為進風口，空氣從進風口進入塔體，穿過填料下的雨區(qū)，和熱水流動成相反方向流過填料，再從塔筒出口流出。在冷卻塔中，熱水經(jīng)填料后成雨狀落入集水池，因此通常將填料以下，水池水面以上的部分稱為雨區(qū)。
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冷卻塔空氣動力計算是冷卻塔工藝設計的核心，也是再循環(huán)供水系統(tǒng)優(yōu)化設計和熱力設計的依據(jù)，阻力計算是空氣動力計算的重要組成部分。對于冷卻塔雨區(qū)的通風阻力占整個冷卻塔阻力的一半以上，冷卻塔其它部分的阻力可以通過模型試驗等方法求得，而如何求解雨區(qū)阻力，國內(nèi)外一直沒有比較準確可靠的方法。目前一般是通過計算擬合得出計算公式，它和填料斷面風速、進風口面積與淋水面積比、淋水密度以及塔底殼直徑有關(guān)。但該方法只能適用于對中小型冷卻塔和淋水密度較小的工況下的工業(yè)控制。隨著近年來電力行業(yè)尤其是核電的迅速發(fā)展，冷卻塔淋水面積不斷增大(約12000平方米至20000平方米)，塔底殼直徑可達150m。如果仍采用一般方法進行雨區(qū)阻力計算，計算結(jié)果會產(chǎn)生較大偏差甚至錯誤，進而對工業(yè)控制產(chǎn)生不可估量的影響。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明提供了一種基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法。一種基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法，包括以下步驟通過雨區(qū)阻力模擬試驗，測試超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)；根據(jù)測試的所述雨區(qū)阻力系數(shù)，采用二維計算方法獲取超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨滴當量直徑；根據(jù)獲取的所述各個預設工況下的雨滴當量直徑，得出超大型冷卻塔中雨滴當量直徑與雨區(qū)高度的對應關(guān)系；根據(jù)得出的所述對應關(guān)系，采用二維計算方法計算超大型冷卻塔在特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)；根據(jù)計算的所述特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)，對超大型冷卻塔進行工業(yè)控制。與一般技術(shù)相比，本發(fā)明基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法，根據(jù)測試的超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)，獲取超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨滴當量直徑，進而得出雨滴當量直徑與雨區(qū)高度的對應關(guān)系。根據(jù)該對應關(guān)系，可實現(xiàn)超大型冷卻塔雨區(qū)阻力系數(shù)的精確計算。本發(fā)明可應用于包括發(fā)電機組運行控制和冷卻塔精確設計等在內(nèi)的工業(yè)控制領域，能夠顯著地提高控制精度，增強工業(yè)控制的穩(wěn)定性和可靠性。


圖I是本發(fā)明基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法的流程示意圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及取得的效果，下面結(jié)合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案，進行清楚和完整的描述。請參閱圖1，為本發(fā)明基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法的流程示意圖。本發(fā)明基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法包括以下步驟SlOl通過雨區(qū)阻力模擬試驗，測試超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)；·作為其中一個實施例，所述預設工況包括預設的雨區(qū)高度、淋水深度、斷面風速以及淋水密度。作為其中一個實施例，通過雨區(qū)阻力模擬試驗，測試超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力；將測試的所述雨區(qū)阻力與雨區(qū)高度相除，得出超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)。通過雨區(qū)模擬試驗裝置，進行不同雨區(qū)高度、不同淋水深度、不同斷面風速以及不同淋水密度下的雨區(qū)阻力特性試驗，得出不同工況下的雨區(qū)阻力試驗結(jié)果。模擬試驗裝置參數(shù)按滿足超大型冷卻塔要求設置，淋水雨區(qū)的高度模擬范圍為(Tl5m，淋水深度可調(diào)范圍為(T8m，淋水密度的變化范圍為5 20m3/(m2 h)，風速可調(diào)范圍為(T3. 5m/s。雨區(qū)阻力為雨區(qū)前后斷面壓力的差，由于阻力測試前后斷面尺寸及測壓管布置相同，前后斷面各測點的壓力平均值作為斷面前后壓力，兩者的差即為雨區(qū)阻力，可用下式計算
n其中，APli為雨區(qū)前斷面的各測點全壓與大氣壓差，單位Pa ; AP2i為雨區(qū)后斷面的各測點全壓與大氣壓差，Pa ；n為測點個數(shù)；淋水區(qū)的阻力系數(shù)可表示為字=ePl—其中，Ap為氣流通過淋水區(qū)的阻力，單位N/m2 ;L為淋水區(qū)長度，單位m ;V為淋水雨區(qū)斷面平均速度，單位m/s; I為單位長度雨區(qū)的阻力系數(shù)；P為空氣密度，單位kg/m3。S102根據(jù)測試的所述雨區(qū)阻力系數(shù)，采用二維計算方法獲取超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨滴當量直徑；作為其中一個實施例，對于一個預設工況，按照預設的雨滴當量直徑，采用二維計算方法計算超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)；將計算的所述雨區(qū)阻力系數(shù)與測試的所述雨區(qū)阻力系數(shù)進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果對預設的雨滴當量直徑進行修正；按照修正后的雨滴當量直徑，采用二維計算方法重新計算超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)；當按照修正后的雨滴當量直徑計算的所述雨區(qū)阻力系數(shù)與測試的所述雨區(qū)阻力系數(shù)相同時，將修正后的雨滴當量直徑作為該預設工況下的雨滴當量直徑。采用二維計算方法進行雨區(qū)阻力特性進行數(shù)值計算，穩(wěn)定運行狀態(tài)下，塔內(nèi)空氣流態(tài)為湍流狀態(tài)，流動符合定常不可壓二維雷諾時均方程，采用k_ e雙方程湍流模型進行方程封閉。連續(xù)方程
OU OV ^·
T + ^ = 0
OX oy動量方程
c{f.inj)r . CU r ni op r . ru c rv _~r—+----—(pe —) - — —) = — Z+1 (從 ~)+T-(凡 T)—
m OV ax ox OV oy ox ox ox oy ax
c(pnv) (■(a'v) c , rv、 c t cjy\ (p o t w、 c ( f.V、,,~-— (/(. —(/<. —) = -士 +— (A. —)-—(/<. —)--Pg ra: (V dx ra: (fv (y (y ax (V (fv dxK 方程
ddd Me dk d Jle Sk—(puk) + ~(pi>k) = ~(~-) + --(——~) + Gk — ps
oxoyox Uk ox oy ak oye 方程
d / . d , . d .//e ds. d Aie ds、 ClGkS-C^pS2—{pas) + —(pvs) = —(——) + — (——)+^——
oxDyox <j￡ ox oy a￡ oyk可以歸納成一個統(tǒng)一的方程形式，設求解參數(shù)為於喜一#)奪(r; ^)-~(r, ^p) = s
oxoyDx axay上式的離散化方程aP p = Sg e+&w 4* w+&s 4* s+&n 4* N+b將上述離散化方程采用SMPLE方法迭代求解，迭代采用欠松馳，通過調(diào)試松馳因子使迭代收斂，收斂的控制條件是以所有計算點所有方程的余額的和與塔的流入量比小于
0.05%。而雨滴運動方程式系常微分方程，采用四階龍格庫塔法求解。具體求解程序如下給定模擬裝置出口風速；用SIMPLE法求解空氣流場；用龍格庫塔法求解雨滴速度；判別流場是否收斂，若不收斂繼續(xù)用SIMPLE法求解空氣流場；計算雨區(qū)阻力系數(shù)；輸出計算結(jié)果。雨區(qū)阻力系數(shù)的計算是通過數(shù)值模擬求得雨區(qū)前后斷面的壓差，即可求得單位長度雨區(qū)的阻力系數(shù)。對試驗和計算的雨區(qū)阻力系數(shù)進行對比分析，對不同雨區(qū)高度下，相同淋水密度、淋水深度和相同氣水比下的單位長度雨區(qū)阻力系數(shù)試驗結(jié)果和單位長度的計算結(jié)果進行分析，與實測值符合較好時確定相應的雨滴當量直徑。S103根據(jù)獲取的所述各個預設工況下的雨滴當量直徑，得出超大型冷卻塔中雨滴當量直徑與雨區(qū)高度的對應關(guān)系；推導出雨滴當量直徑隨雨區(qū)高度的變化規(guī)律，單位長度的雨區(qū)阻力系數(shù)的計算結(jié)果與實測值符合情況，給出雨滴當量直徑隨不同雨區(qū)高度變化關(guān)系曲線。推出雨滴當量直徑隨雨區(qū)高度的變化曲線，可掌握超大型冷卻塔的雨滴變化特性隨著雨區(qū)高度的增加，雨滴當量直徑變大，但增加趨勢變緩，這是因為隨著雨區(qū)高度的增加，雨滴速度會增大，當雨區(qū)高度增大到一定程度時，雨滴的降落速度將不再變化，因此單位長度的雨區(qū)阻力系數(shù)也將不再變化，對應的雨滴當量直徑也會停止變化。S104根據(jù)得出的所述對應關(guān)系，采用二維計算方法計算超大型冷卻塔在特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)；作為其中一個實施例，可獲取超大型冷卻塔在特定工況中的雨區(qū)高度；根據(jù)獲取的所述特定工況中的雨區(qū)高度和得出的所述對應關(guān)系，計算超大型冷卻塔在特定工況下的雨滴當量直徑；根據(jù)計算的所述特定工況下的雨滴當量直徑，采用二維計算方法計算超大型冷卻塔在特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)。根據(jù)符合超大型冷卻塔特性的雨滴當量直徑隨不同雨區(qū)高度變化關(guān)系曲線，作為·輸入條件，即可進行不同雨區(qū)高度、不同斷面風速以及不同淋水密度下的雨區(qū)阻力值的計算，從而獲得各種規(guī)模超大型冷卻塔的準確的阻力系數(shù)。S105根據(jù)計算的所述特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)，對超大型冷卻塔進行工業(yè)控制。根據(jù)計算的所述特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)，可對超大型冷卻塔進行工業(yè)控制?？捎糜诎òl(fā)電機組運行控制和冷卻塔精確設計等在內(nèi)的工業(yè)控制領域?？商岣叱笮屠鋮s塔空氣動力計算的精度，冷卻塔空氣動力計算是冷卻塔工藝設計的核心，也是再循環(huán)供水系統(tǒng)優(yōu)化設計和熱力設計的依據(jù)，阻力計算是空氣動力計算的重要組成部分，其中雨區(qū)阻力計算更是其中的重點和難點，本發(fā)明提出的數(shù)值計算方法可以大幅提升超大型冷卻塔空氣動力計算的精度。還可用于發(fā)電機組的運行控制，提高發(fā)電機組運行的穩(wěn)定性和可靠性，避免出現(xiàn)資源浪費的情況。冷卻塔的能否實現(xiàn)精確設計，達到設計優(yōu)化時要求的冷卻效果，直接關(guān)系到發(fā)電機組的運行穩(wěn)定性和可靠性，實際冷卻低于設計冷效，可能會導致機組達不到額定發(fā)電功率，同時影響整個機組的穩(wěn)定性和安全性，可能在部分氣象條件下會導致出現(xiàn)機組停機現(xiàn)象；實際冷效高于設計冷效，則導致冷卻塔造價的大幅增加，造成資源浪費，運行電耗和費用也相應增加，同時還可以會導致發(fā)電機組出線過冷現(xiàn)象，造成機組發(fā)電的不穩(wěn)定。本發(fā)明為超大型冷卻塔的精確設計提供了技術(shù)支撐。與一般技術(shù)相比，本發(fā)明基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法，根據(jù)測試的超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)，獲取超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨滴當量直徑，進而得出雨滴當量直徑與雨區(qū)高度的對應關(guān)系。根據(jù)該對應關(guān)系，可實現(xiàn)超大型冷卻塔雨區(qū)阻力系數(shù)的精確計算。本發(fā)明可應用于包括發(fā)電機組運行控制和冷卻塔精確設計等在內(nèi)的工業(yè)控制領域，能夠顯著地提高控制精度，增強工業(yè)控制的穩(wěn)定性和可靠性。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法，其特征在于，包括以下步驟 通過雨區(qū)阻力模擬試驗，測試超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)； 根據(jù)測試的所述雨區(qū)阻力系數(shù)，采用二維計算方法獲取超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨滴當量直徑； 根據(jù)獲取的所述各個預設工況下的雨滴當量直徑，得出超大型冷卻塔中雨滴當量直徑與雨區(qū)聞度的對應關(guān)系； 根據(jù)得出的所述對應關(guān)系，采用二維計算方法計算超大型冷卻塔在特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)； 根據(jù)計算的所述特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)，對超大型冷卻塔進行工業(yè)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法，其特征在于，所述預設工況包括預設的雨區(qū)高度、淋水深度、斷面風速以及淋水密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法，其特征在于，所述測試超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)的步驟，包括以下步驟 通過雨區(qū)阻力模擬試驗，測試超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力； 將測試的所述雨區(qū)阻力與雨區(qū)高度相除，得出超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法，其特征在于，所述采用二維計算方法計算超大型冷卻塔在特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)的步驟，包括以下步驟 獲取超大型冷卻塔在特定工況中的雨區(qū)高度； 根據(jù)獲取的所述特定工況中的雨區(qū)高度和得出的所述對應關(guān)系，計算超大型冷卻塔在特定工況下的雨滴當量直徑； 根據(jù)計算的所述特定工況下的雨滴當量直徑，采用二維計算方法計算超大型冷卻塔在特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法，其特征在于，所述采用二維計算方法獲取超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨滴當量直徑的步驟，包括以下步驟 對于一個預設工況，按照預設的雨滴當量直徑，采用二維計算方法計算超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)； 將計算的所述雨區(qū)阻力系數(shù)與測試的所述雨區(qū)阻力系數(shù)進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果對預設的雨滴當量直徑進行修正； 按照修正后的雨滴當量直徑，采用二維計算方法重新計算超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)； 當按照修正后的雨滴當量直徑計算的所述雨區(qū)阻力系數(shù)與測試的所述雨區(qū)阻力系數(shù)相同時，將修正后的雨滴當量直徑作為該預設工況下的雨滴當量直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超大型冷卻塔的雨區(qū)阻力系數(shù)的工業(yè)控制方法，包括通過雨區(qū)阻力模擬試驗，測試超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)；采用二維計算方法獲取超大型冷卻塔在各個預設工況下的雨滴當量直徑；得出超大型冷卻塔中雨滴當量直徑與雨區(qū)高度的對應關(guān)系；采用二維計算方法計算超大型冷卻塔在特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)；根據(jù)計算的所述特定工況下的雨區(qū)阻力系數(shù)，對超大型冷卻塔進行工業(yè)控制。本發(fā)明可實現(xiàn)超大型冷卻塔雨區(qū)阻力系數(shù)的精確計算?？蓱糜诎òl(fā)電機組運行控制和冷卻塔精確設計等在內(nèi)的工業(yè)控制領域，能夠顯著地提高控制精度，增強工業(yè)控制的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號G05B13/00GK102789167SQ20121029109
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者喬旭斌, 匡俊, 彭雪平, 朱嵩, 李波, 楊志, 毛衛(wèi)兵, 湯東升, 羅必雄, 龍國慶 申請人:中國能源建設集團廣東省電力設計研究院