试验条件和相似参数分析

空冷凝汽器在环境风作用下的强迫对流换热问题，是一个在环境风作用下产生的复杂分离尾流流场中的强迫对流换热现象，涉及热气流与分离旋涡流的相互作用与干扰，在风机抽吸动力作用下将产生一种特殊流动现象，即热回流。因此，如何正确模拟这一复杂流动现象，将是建立风洞（来风）-动力（风机）-热浮力效应（空冷散热器排出的热空气）相互作用的试验模拟相似准则的关键。在风洞试验模拟中，必须考虑空气动力学、轴流风机的强迫对流以及热空气的浮力效应在内的相似理论。对于理想气体，当考虑热浮力效应时流体动力学方程为

式中　uj——流体质点速度；

gi——重力加速度分量；

p——流体质点静压强；

ρ0——流体特征密度；

T0——特征温度；

ν——流体运动黏性系数。

如果取ρ0、L0、V0、T0为特征物理量，式（3.15）的无量纲形式为

其中　

式中　St——斯特劳哈数，表征流体质点非定常惯性力与迁移惯性力的比值；

Fr——弗劳德数，表示惯性力与重力之比；

FrD——密度弗劳德数，表征惯性力与重力的比值；

Eu——欧拉数，表征压力与惯性力的比值；

Re——雷诺数，表征惯性力与黏性力的比值。(www.xing528.com)

式（3.16）说明相似流动的无量纲数相等。对于忽略重力作用的流动，动力相似准则是表征热浮力效应的FrD数和表征阻力相似的Re数相等。根据文献[34]～[37]、[47]，本次试验主要考虑的相似准则为：

（1）来流条件相似。来流条件相似是本次研究的基础，结合模型的缩比，按照指数律在风洞中模拟适合当地特点的大气边界层。

（2）几何相似。试验中保证汽机房以及空冷塔外形按照同一线形比例缩比。

（3）运动相似。在模型和原形相似流动中，对应点速度和加速度大小成比例，方向相同，包括来流风速和凝汽器排出热空气的速度（或风机进口速度）比相似，也即风速比相似。

（4）动力相似。满足表征热浮力效应相似的FrD数和表征阻力相似的Re数相等。

（5）热效应相似。翅片管束出口与凝汽器入口的温度差相似。在模型试验中，用通恒温的热水实现，在风机的作用下，将空冷塔下的冷空气与翅片管束进行强迫对流换热，带走翅片管束内的热量，这样便模拟了凝汽器排出热空气与周围空气的热交换，但本次试验没有考虑热辐射效应。

（6）保持风机流量、压差和功率相似，其相似条件如下：

流量相似　　　

压差相似　　　

功率相似　　　

式中　λL——长度比尺；

λn——风机转速比尺；

λρ——空气密度比尺；

λq——风机流量比尺；

λp——风机压差比尺；

λN——功率比尺。

然而在风洞中进行缩比模型试验时，要求模型与原型达到几何相似、运动相似、动力相似。同时由于空冷凝汽器的结构和运行过程中的复杂性，以及相似参数间的相互制约（Re，FrD），因此在风洞中完全模拟是不可能的，只能选择主要的相似参数进行模拟。