某冷却塔中喷淋与烟气混合流场分析 原创

1、 模拟对象及内容

本次模拟对象为某冷却塔中运行时，6把喷枪喷出的冷却水与烟气在塔内的混合状况，根据模拟结果对本设备进行优化改造，使得烟气与冷却水液滴在塔内的均匀混合，确保本冷却塔性能。

图1 三维模型

图中i1~i4分别为进口变径下方1000mm、3000mm、5000mm和7000mm处的监测面。

计算参数如下：冷却塔进口管道风速为12.54m/s，温度为230℃，计算模型为速度进口，压力出口，采用DPM模型计算液滴分布状态，喷枪位置根据图纸提供数据进行设置，喷嘴模型选solid-cone，扩散角55°喷枪示意如图2所示。

图2

二、结果计算

2.1 原始状态

经CFD模拟，本冷却塔中烟气及冷却水的运行状态如下：

烟气速度流线图	i1截面速度云图
打点位置示意（打点由圆心向四周辐射，共10环，183个数据）
i1截面打点速度分布	注：从上到下依次为第1环至第10环
流线+粒子分布图	液滴扩散停留时间分布图

从上图中可以看出：烟气由进口管道进入冷却塔时，由于在进口变径处没有导流装置，导致烟气在塔体内没有发生扩散，而是直冲与塔体底部，i1截面最大速度可达14m/s，截面速度偏差相对标准偏差甚至超过100%；可见该截面速度均布性极差；中间主气流速度约11m/s，在本设备高度下，烟气在塔体内停留时间约1s左右，停留时间较少，影响冷却效果；部分烟气于灰斗底部触底反弹，在塔体内产生回流,；冷却水雾化的液滴刚经喷枪喷出后，扩散相对良好，但扩散至经塔体后半段时受气流影响较大，部分液滴随回流烟气一同在塔体内打转。可见，烟气主要位于塔体中部，与液滴的混合程度不高。

i1截面液滴分布图	i1截面液滴浓度云图
i2截面液滴分布图	i2截面液滴浓度云图
i3截面液滴分布图	i3截面液滴浓度云图
i4截面液滴分布图	14截面液滴浓度云图

上图为i1~i4截面的液滴分布图，可以看出：冷却水由喷枪口至i1截面时，液滴尚呈规律性扩散，越往塔体内部，受气流影响越大，液滴分布越不均匀；i2和i3截面的液滴分布状态大致为四周的液滴分布数量明显大于中间，考虑是因为中间烟气流速过高，液滴无法穿透此处高风速，实现均匀覆盖，而四周液滴多，一方面是由于部分烟气回流携带所致，另一方面是中间气流风速高，液滴无法抵达中间，只能于四周扩散。

2.2 加导流后

添加导流后，本设备内的烟气及冷却水扩散状态如下：