超大型海水冷却塔盐沉积影响数值模拟研究

摘 要：针对核电项目中的大型海水冷却塔，采用三维数值模型，结合厂址气象数据、冷却塔设计参数、总图布置以及周围环境特征，研究了2 座超大型自然通风海水冷却塔在建筑物、自然风相互作用下的冷却塔飘滴扩散迁移特征和盐沉积量。结果表明，当环境风向与塔排平行时，出口热空气相互叠加形成一股气流，有利于减少飘滴和盐沉积对环境的影响;粒径大于550 μm 的飘滴不能从高位冷却塔出口逸出;2 台核电机组正常运行工况时，盐沉积量一般不会对植物造成损坏。

关键词：飘滴;盐沉积;海水冷却塔;环境风;数值模拟

中图分类号：X822. 7 文献标识码：A

随着沿海工业的飞速发展及淡水资源的日益紧缺，海水循环冷却技术作为一项环保型节水新技术近年来得到了快速发展[1] 。海水冷却塔运行时，经过热交换后的湿热空气携带着小的液滴从冷却塔出口排出形成飘滴，在环境风的影响下飘向远处最终落到地面，飘滴所含的盐类物质造成盐沉积，可对地面上的植物等带来影响。

目前针对冷却塔盐沉积问题常用的研究方法主要为现场监测和数值模拟两种。在现场监测研究方面，目前主要通过4 种方法对陆地的盐沉积量进行监测[2] 。沈亚东[3] 采取湿式沉降法测量了某海水塔四季的盐沉积量，结果表明风向和风频率对盐沉积量有较大影响，盐沉积的峰值往往出现在主导风的下风向。

数值模拟方面目前常用方法是季节/ 全年冷却塔影响预测模式（SACTI）[4-9] ，该模型由美国电力研究院开发，只需给定厂址条件、气象条件和塔的运行条件就能预测盐沉积分布。已有大量学者利用此模型对海水冷却塔盐沉积的分布范围和峰值进行研究，进而评估盐沉积对周边植物的危害程度。随着计算流体力学（CFD） 技术的发展，有国外学者开始用CFD 技术模拟冷却塔雾羽的抬升与飘滴沉积的规律。Meroney[10] 通过对比CFD 模拟结果和现场实验的示踪结果，证实CFD 技术在预测雾羽及飘滴轨迹方面的结果与现场实验基本一致。Bornoff 等[11] 利用CFD 技术研究了单塔、多塔不同排列情况下的雾羽抬升情况，对比模拟结果和风洞试验结果认为二者吻合度较好。CFD 技术和SACTI 模型作为最常用的预测飘滴及盐沉积分布的手段，有学者对二者的预测结果进行了对比，认为SACTI 模型计算过程中难以体现厂址建筑物及其地形对周围流场及雾羽迁移扩散的影响，而CFD 技术具有该方面的优势[12-13] 。本文采用CFD 技术针对国内某电厂的2 座海水冷却塔，研究了在建筑物、自然风相互作用下冷却塔的飘滴特性及盐沉积对周边环境造成的影响，研究结果可为电厂的选址提供技术参考，对冷却塔对环境的影响评价工作具有重要意义。

1 冷却塔设置参数

国内某电厂的2 座海水冷却塔沿南北方向布置，塔的中心间距为250 m，每个冷却塔的东侧均有两个低矮建筑，详见图1，冷却塔主要尺寸列于表1，填料采用S 波，填料高度为2 m。循环海水的含盐量为2. 8%，考虑浓缩倍率1. 5。

2 数值计算

2. 1 控制方程

冷却塔在机组负荷、气象条件及循环水量稳定运行时，塔内外空气流场按稳态计算，空气运动方程见参考文献[14]。填料区可采用商用软件Fluent 的多孔介质模型，填料的阻力损失系数见式（1），雨区采用离散相模型（DPM 模型），空气对雨滴的阻力按照式（ 2） ～ （ 4） 进行分析。采用MERKEL 模型，分析填料和雨区的热交换过程。