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    為了研究折流柵對汽輪發(fā)電機(jī)定子水冷器傳熱與阻力特性的影響，對折流柵水冷器殼側(cè)進(jìn)行了流路分析，并以折流柵及螺旋槽管為強(qiáng)化換熱元件對水冷器傳熱和阻力性能進(jìn)行了?；囼炑芯俊Ｕ哿鳀抛鳛楣苁闹谓Y(jié)構(gòu)不僅可以減輕流體誘導(dǎo)振動，而且可提高換熱系數(shù)，降低壓降。隨著折流柵間距減小，水冷器傳熱性能提高，但阻力也相應(yīng)增大。因此，應(yīng)合理選擇折流柵間距，以實現(xiàn)水冷器結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化，更好地滿足汽輪發(fā)電機(jī)的實際運(yùn)行工況。

　　汽輪發(fā)電機(jī)；定子水冷器；折流柵；強(qiáng)化傳熱；阻力目前，汽輪發(fā)電機(jī)組定子水冷器多采用管殼式換熱器。常規(guī)管殼式換熱器通過在殼程設(shè)置折流板使流體橫向沖刷管束，增大流體擾動，以提高換熱性能，但流體流動時存在流動死區(qū)，死區(qū)內(nèi)局部換熱系數(shù)很低，因此受熱面利用率不高。流體在沖刷過程中產(chǎn)生了較大的壓降，能產(chǎn)生流體誘導(dǎo)振動，對換熱器造成一定的破壞[1].為了改善折流板換熱器中流體的誘導(dǎo)振動，1970年由美國菲利普石油公司研制了折流柵換熱器，即殼程由折流桿組成的折流柵替代折流板。折流桿的直徑等于或略小于相鄰兩管間距。折流桿可以是圓形、方形或長方形，均勻地焊在折流圈上。折流柵以一定的間距和排布方式（正方形排列時相鄰折流柵互成90b，三角形排列時互成60b）布置在換熱器殼體內(nèi)。

　　這種支撐結(jié)構(gòu)使得每根換熱管在四個方向上都受到支撐，以限制換熱管的移動。折流柵不僅支撐管子，而且使殼程流體呈縱向流動，從而消除了管束的流體誘導(dǎo)振動及流動死區(qū)，強(qiáng)化了傳熱，殼程阻力也明顯降低。

　　由于折流柵水冷器中流體流動及傳熱特性極為復(fù)雜，與強(qiáng)化管和折流柵等諸多結(jié)構(gòu)因素密切相關(guān)。為了解確定折流柵在定子水冷器強(qiáng)化傳熱中的作用，對折流柵水冷器的流體流動和傳熱機(jī)理進(jìn)行了理論分析，并就折流柵間距對水冷器管殼程換熱與阻力特性的影響進(jìn)行了試驗研究。

　　1折流柵強(qiáng)化傳熱機(jī)理在折流柵水冷器中，一般將殼程流分為4個流程.該流路的流體由管束與折流桿之間的間隙流過，平行于管束，是熱傳遞的有效流路。流體流過折流桿產(chǎn)生擾動，同時由于相鄰折流柵呈一定角度布置，流體在軸向流動的同時伴隨有一定程度的旋轉(zhuǎn)流動，從而強(qiáng)化殼程流體的對流換熱。這股流體為主流，由于有效地與管子接觸，其換熱，但同時也會產(chǎn)生較大的阻力損失。因此，應(yīng)在允許壓降范圍內(nèi)盡量增加B流路的比例。因管束裝配的需要，折流圈與殼體內(nèi)壁之間留有一定間隙。流過該間隙的流體沒有與換熱管束進(jìn)行熱交換，稱為旁路流。

　　它僅對殼程流體起到一定的擾流作用。流路F：分程隔板與管子之間的漏流。流路C：從殼體和管束之間的環(huán)狀間隙流過的管束流。流路F和流路C只有部分與管子接觸，且易誘導(dǎo)管子振動。

　　流體在管束的間隙流動時受到周圍管子的約束，使得流動邊界層呈對稱性發(fā)展，在折流桿后出現(xiàn)尾流。當(dāng)流量增大時，邊界層變成湍流邊界層，分離基礎(chǔ)研究點提前，管束后面產(chǎn)生大量的旋渦，旋渦運(yùn)動增強(qiáng)流體徑向混合，使速度沿徑向分布趨于均勻化，有利于傳熱。

　　折流柵水冷器殼側(cè)的強(qiáng)化傳熱主要是通過折流柵使殼程流體獲得良好的擾動來實現(xiàn)的，同時由于基本消除了傳熱死區(qū)，使換熱面積得到充分利用。流體流過折流桿時產(chǎn)生的旋渦脫落和流過折流圈時的文丘里效應(yīng)增大了流體的湍動程度，使熱邊界層減薄，從而強(qiáng)化換熱，但同時也引起流動阻力的增加，此外，相隔一定間距并旋轉(zhuǎn)一定角度布置的折流柵，使得殼程流體在軸向流動的同時伴隨有一定程度的旋轉(zhuǎn)流動。在離心力的作用下，流體旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的二次流使殼程流體的徑向混合大大增強(qiáng)，使邊界層不斷破壞和重新生成，從而強(qiáng)化殼側(cè)流體的對流換熱。

　　2?；囼炏到y(tǒng)2.1試驗系統(tǒng)由管程冷卻水回路和殼程熱水回路組成?？紤]到物性參數(shù)對換熱系數(shù)的影響，在試驗中模擬了實際運(yùn)行中流體的定性溫度取管程同時，試驗中管、殼程流速范圍覆蓋了定子水冷器實際運(yùn)行的水流速范圍取管程水流速（0.722.3）m/s，管、殼程水流量由精度為0.2級的LWGY-40B/FI型渦輪流量計測量。由于管程冷卻水溫升和殼程熱水溫降均很?。s1e8e），為了保證測量精度，直接采用經(jīng)標(biāo)定的銅康銅熱電堆（標(biāo)定誤差為0.21%）測量溫升和溫降，而管、殼程進(jìn)口水溫采用精度為的Pt100鉑電阻測量。同時，在適當(dāng)位置設(shè)置測壓點，安裝精度為0.5級的1151DP型差壓變送器測量管、殼程阻力。熱電堆電勢信號采用PCL-818HG1）電加熱水箱2）水泵3）過濾器4）流量計5）水冷器實驗段型A/D數(shù)據(jù)采集卡采集，鉑電阻、差壓變送器和渦輪流量計等信號采用PCL-813HG型A/D數(shù)據(jù)采集卡采集。所有采集信號同時輸入ADVANTECH610型工業(yè)計算機(jī)，由數(shù)據(jù)采集程序?qū)崟r采集并記錄。

　　2.2試驗元件為研究折流柵間距對汽輪發(fā)電機(jī)定子水冷器傳熱與阻力性能的影響，對不同折流柵間距的3個水冷器試件進(jìn)行了?；囼炑芯俊?/span>

　　3試驗結(jié)果分析3.1在相同流動狀態(tài)下，水冷器傳熱系數(shù)隨折流柵間距的減小而增大，這主要是因為：流體流過基礎(chǔ)研究折流柵時產(chǎn)生旋渦，旋渦的強(qiáng)度與流速有關(guān)，且沿著流體流動的方向逐漸減弱，但當(dāng)流體流徑后面的折流柵時又將產(chǎn)生新的旋渦。折流柵間距越小，對殼程流體的擾動越頻繁，殼程換熱強(qiáng)化效果越好，但同時引起流動阻力的增加。因而，應(yīng)綜合考慮換熱和阻力對折流柵間距進(jìn)行優(yōu)化。

　　隨著殼程雷諾數(shù)Re的增大，水冷器的傳熱系數(shù)都逐漸增大，即水冷器的冷卻性能隨之提高，原因在于：當(dāng)雷諾數(shù)Re增大時，近管壁處流體的擾動增強(qiáng)，從而加強(qiáng)了對傳熱邊界層的破壞，傳熱系數(shù)也就隨之增大。

　　3.2阻力特性分析不同折流柵間距的水冷器的阻力特性與殼程雷諾的關(guān)系。從的增大，由于流體流動阻力的增幅小于其慣性力的增幅，歐拉數(shù)逐漸減小。隨著折流柵間距的減小，對殼程流體的擾動更加頻繁，在強(qiáng)化傳熱的同時也增大了流阻。

　　此外，水冷器綜合性能隨殼程Re的增大而下降，即：隨著殼程流速的提高，其傳熱系數(shù)增加的幅度小于阻力增加的幅度。當(dāng)殼程Re達(dá)到一定值時，綜合性能趨于穩(wěn)定，即傳熱系數(shù)與阻力以相同幅度增加。

　　4結(jié)論（1）殼程流動機(jī)理表明，折流柵作為管束支撐結(jié)構(gòu)不僅可減輕流體誘導(dǎo)振動，而且可提高換熱能力，減小阻力。折流柵間距是影響折流柵水冷器傳熱性能的重要因素。

　?。?）就水冷器的運(yùn)行工況而言，提高水冷器殼程流速，減小折流柵間距，均可提高水冷器的傳熱性能，但同時也增大了阻力。因此，應(yīng)合理選擇殼程流速和折流柵間距，使水冷器的綜合性能。

　?。?）對于本文研究的定子水冷器，折流柵間距為150mm時其綜合性能。

　?。?）本文得到的水冷器傳熱及阻力特性的變化規(guī)律為汽輪發(fā)電機(jī)定子水冷器的優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)，并已應(yīng)用于660MW汽輪發(fā)電機(jī)定子水冷器的設(shè)計。