冷却塔是我国大型汽轮发电机组重要的冷端设备之一,其性能的优劣对系统的运行安全性和使用经济性都具有重要的影响。由于湿式冷却塔运行耗用的水量大,而空冷塔的机组运行几乎不需要消耗水,因此,空冷塔的机组已逐渐成为了缺水地区发展电力的主要方向。然而,在夏季的高温时段,空冷塔机组的冷却效率极其低下,此时又因为正值夏季用电的高峰,通过一定的措施有效提升空冷机组的效率对整个换热系统意义重大。太阳能增效空冷塔利用太阳能增强塔内的通风,以提高空冷塔的换热性能。本文探究太阳能增效空冷塔在典型干旱地区(新疆哈密为例)的适用性,重点研究蓄热层形状对冷却塔性能的提升机理,旨在提出对太阳能增效空冷塔蓄热层形状的优化建议,为太阳能增效空冷塔的应用和优化设计奠定基础。课题采用数值模拟的方法,首先建立了换热器垂直布置的太阳能增效空冷塔的三维数值计算模型,塔高为140 m,集热棚直径195 m,采用ANSYS FLUENT软件对模型进行数值计算,并基于现有研究与模拟结果对比进行模型验证;而后,基于建立的数值计算模型,协同考虑环境温度、太阳辐射强度、实际应用中背阴面阴影遮挡等多种因素,探究了典型干旱地区(以新疆哈密为例)太阳能增效空冷塔的适用性;最后,研究了蓄热层形状对太阳能增效空冷塔换热性能的影响,分别对比了波纹形、矩形和锯齿形蓄热层以及平面形蓄热层,并提出了太阳能增效空冷塔蓄热层形状的优化建议。环境温度、太阳辐射强度、实际应用中背阴面阴影遮挡等多种因素对太阳能增效空冷塔换热性能的影响研究发现:(1)在环境温度和太阳辐射强度的综合影响下,考虑阴影与不考虑阴影时,太阳能增效空冷塔的排热量在日间均呈逐渐减小的趋势;(2)不考虑阴影时太阳能增效空冷塔的排热量始终要高于考虑阴影时太阳能增效空冷塔的排热量,二者最大相差12.2 MW(相差7.8%),最小相差4.6MW(相差 4.1%)。蓄热层的形状结构对太阳能增效空冷塔换热性能的影响研究发现:(1)当环境温度303.15 K,进塔水温333.15 K,太阳辐射强度1000 W/m2时,蓄热层表面由平面改为波纹形、矩形和锯齿形,冷却塔排热量由132.9MW分别依次提高到了 145.3 MW、149.2 MW 和 150.2MW,分别依次提高了 9.3%、12.3%和 13.0%,可见三种蓄热层形状对太阳能增效空冷塔的换热性能均有一定程度提升,且锯齿形的提升效果最好;(2)环境温度303.15 K、太阳辐射强度1000W/m2、进塔水温分别为323.15 K、328.15 K和333.15 K时,太阳能增效空冷塔蓄热层为锯齿形的出塔水温最低,矩形次之,波纹形最高,其中锯齿形的对应出塔水温分别为312.2K、315.2K、318.1 K,矩形的对应出塔水温分别为 312.4K、315.2K、318.2 K,波纹形的对应出塔水温分别为313.2 K、315.8 K、318.6 K,进一步验证了锯齿形蓄热层对太阳能增效空冷塔换热性能的提升效果优于矩形和波纹形。通过上述的研究,证明了太阳能增效空冷塔在我国典型干旱地区的适用性,在设计和应用时需充分协同地考虑环境温度、太阳辐射强度、实际应用中背阴面阴影遮挡的影响;通过改变地面蓄热层的形状可增大空气扰流度进而增大空气流量从而进一步强化空冷塔的换热,且在本研究中,锯齿形地面蓄热层结构对太阳能增效空冷塔性能的提升效果优于矩形地面蓄热层结构和波纹形地面蓄热层结构。