冬季环境温度较低,当机组的热负荷也较低时,即使空冷凝汽单元下部的风机全部关停,由于翅片管束巨大的换热面积,自然通风条件下的空冷凝汽器仍然可能发生冻结。研究空冷凝汽器在自然通风条件下的换热性能,直接关系到空冷机组运行的安全性与经济性。本文首先利用FLUENT流体计算软件,对直接空冷凝汽器单排管在低风速下的换热性能进行了数值模拟和分析,比较了翅片管束壁面温度、环境温度和空气入口风速对翅片管束的温度场和速度场的影响,利用数值模拟得到进出口压差、热流量等重要数据,计算低风速下单排管的阻力特性和传热特性。研究结果表明,低风速下,空气出口温度接近于翅片管束的壁面温度,迎面风速是影响传热系数和流动阻力的主要原因,而环境温度和翅片管束壁面温度对传热系数和流动阻力的影响较小。建立了自然通风条件下空气流动数学模型,提出了利用自然通风产生的热压差和空气流经空冷凝汽器的阻力特性之间的平衡关系,计算了自然通风形成的空气流经空冷凝汽器的迎面风速。得到了迎面风速随翅片管束壁面温度、环境温度的变化规律。提出了利用相似定律的方法,计算了自然通风减少的风机耗功。以某电厂330MW机组为例进行分析,机组在阻塞背压下运行,计算了不同的环境温度条件下,由于自然通风减少的风机耗功、空冷岛的散热量和防止空冷凝汽器发生冻结的最小蒸汽流量。本文研究了自然通风条件下空冷凝汽器的换热性能,为直接空冷系统在冬季低负荷下的运行和优化设计提供依据和指导。