热回流评价方法探究

实践表明，热回流（特别是在炎热夏季，环境温度较高的情况下）的产生对凝汽器散热效果影响很大。为了定量说明和分析热回流对凝汽器散热效果影响的程度，引入了热回流率的概念。目前，对于热回流率的定义主要有两种方式，即体积（或质量）流量比值定义法和温差比值定义法。

基于体积（质量）流量比值的定义是：单位时间内从凝汽器出口排出的热空气被卷吸回到凝汽器进口的热空气体积（质量）与凝汽器出口排出热空气总体积（质量）的比值。

基于温差比值的定义是：单位时间内受卷吸热回流影响的凝汽器进口温度和环境温度之差与凝汽器出口温度和环境温度之差的比值。

Litchtenstein J[88]（1951年）在研究强迫通风换热器时，根据质量流量比值法定义的热回流率为

式中　mr——进入塔下热空气的质量流率；

ma——进入塔下环境空气的质量流率；

m——塔下总的质量流率。

式（2.1）的定义可以准确地反映从空冷凝汽器出口排出的热空气被卷吸回到凝汽器进口处质量流量的相对大小。但正如前面所述，只有在环境温度较高时，大的热回流情况下使空冷凝汽器进口温度升高较大，此时才能严重降低凝汽器的散热效果。因此，按照体积（质量）流量定义的热回流率，实际上并不能直接反映凝汽器散热效果。而且，按照式（2.1）的定义，实际很难测量。北京大学顾志福[34-37]在研究直接空冷系统塔下热回流率时，通过采用与空气密度不同的甲烷模拟空冷凝汽器出口热空气，通过测量空冷凝汽器进、出口示踪气体（甲烷）的浓度来定义热回流率为

式中　RR（β，I）——风向角为β时，空冷凝汽器单元采样点I的示踪气体浓度；

——从空冷凝汽器排出来的平均示踪气体浓度。

式（2.2）与式（2.1）一样也是间接地体现热回流的影响，很难在实际工程中得到应用。

John F Kennedy和Homer Fordyce[47]、B R Bcker和W E Stewart[56]在研究机械通风冷却塔的热羽流回流时，按照温差定义了热回流率，即(www.xing528.com)

式中　Ti——受热回流影响的冷却塔进口空气的平均温度；

To——冷却塔顶天窗出口的空气平均温度；

Ta——周围环境温度。

当热回流发生时，进入空冷塔下的空气除了周围环境空气以外还有大量的热空气，由质量守恒方程可得

如果忽略了热空气的沿程热量损失，由能量守恒方程可得

假设空气的比热保持不变，那么式（2.5）可以写成

将式（2.4）、式（2.6）代入式（2.3）中可得

因此，基于体积（质量）流率法定义的回流率与基于温差比值法定义的回流率在满足空气比热不变且忽略热空气的沿程热量损失的条件下两种定义是统一的。然而与热回流质量流率的定义式（2.1）相比，式（2.3）定义的热回流率虽然不能准确地反映热回流量的大小，但这种基于温差的定义引入了环境温度和进、出口温差，能够确切地说明热回流对空冷凝汽器散热效果影响的大小。而且按照式（2.3）的定义，实际很容易测量，对空冷塔的设计具有指导作用；同时对于电厂运行人员来说，在热回流发生时，能够及时根据热回流率的大小采取降低负荷、喷淋增湿等措施，防止系统跳闸保护；适用于直接空冷系统和其他形式机械通风换热系统塔下热回流对凝汽器散热效果影响的定量评估与控制。为此，本书的研究推荐采用式（2.3）定义的热回流率。