广东省建筑设计研究院有限公司 510010
摘要：该文对大型冷却塔群进行模拟分析，通过改变冷却塔邻排冷却塔数量以及与邻排冷却塔间距，用CFD技术对各种工况温速度场以及回流率展开分析，研究结果表明，减少相邻排冷却塔数量或增大各排冷却塔之间的间距可有效降低回流率，从而提高冷却塔的冷却性能。
关键词：冷却塔；数值模拟；回流率
0研究背景
冷却塔作为空调系统散热设备，是空调系统重要组成部分。近年来我国经济飞速发展，机场、电视台、数据机房等建筑如雨后春笋般拔地而起。这些场所负荷大，往往需要数十台冷却塔来承担冷凝器的散热。目前已有众多学者对于冷却塔群进行研究，其中，王峰[1]、曹志芳[2]、白永圆[3]等人对冷却塔设置于有限空间情况下进行模拟及优化，文献[4]、[5]对冷却塔内部气流情况展开分析，而李龙[6]主要从周围环境对冷却塔性能影响角度进行研究。已有研究来看，目前研究主要集中在有限的空间内对冷却塔性能影响以及塔内内部气流进行分析，而数据机房等场所需要冷却塔数量十分庞大，需要设置在于空旷场所，而且缺少对大型冷却群冷却性能的研究，因此，本文主要针对布置于空旷场所大型冷却塔群流场分析以及对其优化。
1物理模型及工况设置
1.1物理模型及网格划分
本文将冷却塔群分2行设置（如图1）。为避免边界对冷却塔温速度场的影响，因此将冷却塔群置于大流场内，并用ICEM对该模型进行网格划分（如图2、3），首先保持第二行（L2）冷却塔数量不变，通过调整第一行（L1）冷却塔数量来研究第一行冷却塔数量对整个流场及回流率的影响，最后通过增加两行冷却塔之间的间距，研究距离D对整体冷却效果的影响，具体工况设置情况如图2。
图4 各工况设置
2计算结果及分析
2.1温度场分析
图5分别为工况1、2、3、4在Z=0位置的温度分布图，从图中可以看出，第一行冷却塔数量从4台增加至15台时，回流区温度逐渐升高，这就意味着回流温度不断升高，从而削弱冷却塔冷却效果，当将2行冷却塔间距从7m增加至14m时，回流温度大幅度降低，这表明了增大冷却塔行间距，可有效增强冷却塔冷却性能。
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图5 工况1、2、3、4在Z=0位置的温度分布图
2.2速度场分析
图6分别为工况1、2、3、4在Z=0位置的速度分布图，模拟结果表明，当第一行冷却塔数量不断增加时冷却塔顶部排除的气体越往中间靠拢，这说明冷却塔从顶部排出的高温的气体回流至冷却塔的逐渐增多，这使得冷却塔冷却性能降低，但从图4-3和4-4可以看出，增大冷却塔之间的行间距可以有效减少高温气体的回流，从而提高冷却塔的冷却能力。
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图6 为工况1、2、3、4在Z=0位置的速度分布图
2.3回流率分析
回流率是定量分析冷却塔冷却性能的重要指标，图5为工况1-4 L2各个冷却塔回流率折线图，通过对比发现当L1冷却塔数量增加时，L2冷却塔回流率增加，且中间区域增加幅度更为明显。
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图5 工况1-4回流率折线图
3结论分析
本文通过对四种工况模拟分析，得出以下结论：
（1）在对大型冷却塔群设计时，可通过增加布置总长度，减少相邻行冷却塔数量，这样即可降低回流温度，因此可以提高冷却塔的冷却性能。
（2）当不能通过增加布置总长度时，可以增大冷却塔之间的行间距，从而降低回流率，同样可以增强冷却塔的冷却效果。
参考文献：
[1]王峰．成组冷却塔复杂环境下数值模拟在工程中的应用[J].绿色建筑，2018，10（03）：71-72．
[2]曹志芳，司子辉，王昌．受限条件下冷却塔布置方案优化分析[J].节能，2019，38（07）：51-55．
[3]白永圆，易煦，付亚斐．复杂环境中多台冷却塔周围气流特性CFD模拟[J].建筑热能通风空调，2019，38（01）：67-70．
[4]谭小卫，刘文浩，刘桂雄．逆流式冷却塔内部空气流场特性数值模拟与分析[J].自动化与信息工程，2016，37（04）：8-12+18．
[5]刘佳，史玉涛等．逆流式冷却塔热力性能数值模拟及改进分析[J].能源化工，2020，41（01）：11-16．
[6]李龙等．机械通风冷却塔变工况节能分析[J].节能，2019，38（09）：61-64．