A numerical investigation of air-cooled steam condenser performance under windy conditions
Date
2010-03
Authors
Owen, Michael Trevor Foxwell
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : University of Stellenbosch
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: This study is aimed at the development of an efficient and reliable method of evaluating the
performance of an air-cooled steam condenser (ACSC) under windy conditions, using
computational fluid dynamics (CFD). A two-step modelling approach is employed as a result
of computational limitations. The numerical ACSC model developed in this study makes use
of the pressure jump fan model, amongst other approximations, in an attempt to minimize the
computational expense of the performance evaluation. The accuracy of the numerical model
is verified through a comparison of the numerical results to test data collected during full
scale tests carried out on an operational ACSC. Good correlation is achieved between the
numerical results and test data. Further verification is carried out through a comparison to
previous numerical work. Satisfactory convergence is achieved for the most part and the few
discrepancies in the results are explained. The effect of wind on ACSC performance at El
Dorado Power Plant (Nevada, USA) is investigated and it is found that reduced fan
performance due to distorted flow at the inlet of the upstream fans is the primary contributor
to the reduction in performance associated with increased wind speed in this case. An attempt
is subsequently made to identify effective wind effect mitigation measures. To this end the
effects of wind screens, solid walkways and increasing the fan power are investigated. It is
found that the installation of an appropriate wind screen configuration provides a useful
means of reducing the negative effects of wind on ACSC performance and an improved wind
screen configuration is suggested for El Dorado. Solid walkways are also shown to be
beneficial to ACSC performance under windy conditions. It is further found that ACSC
performance increases with walkway width but that the installation of excessively wide
walkways is not justifiable. Finally, increasing the fan power during periods of unfavourable
ambient conditions is shown to have limited benefit in this case. The model developed in this
study has the potential to allow for the evaluation of large ACSC installations and provides a
reliable platform from which further investigations into improving ACSC performance under
windy conditions can be carried out.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie studie is daarop gemik om die ontwikkeling van 'n geskikte en betroubare metode van evaluering van die verrigting van ’n lugverkoelde stoom-kondensator (air-cooled steam condenser, ACSC) onder winderige toestande, met behulp van numeriese vloei-dinamika. ’n Twee-stap modelleringsbenadering is aangewend as gevolg van rekenaar beperkings. Die numeriese ACSC-model wat in hierdie studie ontwikkel is, maak gebruik van die druksprong waaier model, asook ander benaderings, in ’n poging om die berekeningskoste van die verrigting-evaluering te verminder. Die akkuraatheid van die numeriese model is bevestig deur middel van ’n vergelyking van die numeriese resultate met toetsdata ingesamel tydens die volskaal toetse uitgevoer op ’n operasionele ACSC. Goeie korrelasie is bereik tussen die numeriese resultate en toetsdata. Verdere bevestiging is uitgevoer deur middel van ’n vergelyking met vorige numeriese werk. Bevredigende konvergensie is in die algemeen bereik en die paar verskille in die resultate word verduidelik. Die effek van wind op ACSC verrigting by El Dorado Power Plant (Nevada, VSA) is ondersoek, en daar is bevind dat verlaagde waaierverrigting, as gevolg van vervormde vloei by die inlaat van die stroomop waaiers, die primêre bydraer is tot die afname in ACSC werkverrigting geassosieer met verhoogde windsnelheid in hierdie geval. ’n Poging word dan aangewend om effektiewe wind-effek velagingsmaatreëls te identifiseer. Windskerms, soliede wandelvlakke en die verhoging van die waaierkrag word gevolglik ondersoek. Daar is bevind dat die installasie van ’n toepaslike windskerm-opset ’n nuttige middel tot ’n vermindering van die negatiewe effekte van wind op ACSC verrigting bied, en ’n verbeterde windskerm opset is voorgestel vir El Dorado. Soliede wandelvlakke word ook aanbeveel as voordelig vir ACSC verrigting onder winderige toestande. Dit is verder bevind dat die ACSC prestasie verhoog met wandelvlak breedte, maar dat die installasie van ’n te ruim wandelvlak nie regverdigbaar is nie. Ten slotte, word bewys dat die verhoging van die waaierkrag tydens periodes van ongunstige omgewingsomstandighede ’n beperkte voordeel in hierdie geval het. Die model wat ontwikkel is in hierdie studie het die potensiaal om voorsiening te maak vir die evaluering van groot ACSC- installasies en bied ’n betroubare platform vanwaar verdere ondersoeke tot die verbetering van ACSC verrigting onder winderige toestande uitgevoer kan word.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie studie is daarop gemik om die ontwikkeling van 'n geskikte en betroubare metode van evaluering van die verrigting van ’n lugverkoelde stoom-kondensator (air-cooled steam condenser, ACSC) onder winderige toestande, met behulp van numeriese vloei-dinamika. ’n Twee-stap modelleringsbenadering is aangewend as gevolg van rekenaar beperkings. Die numeriese ACSC-model wat in hierdie studie ontwikkel is, maak gebruik van die druksprong waaier model, asook ander benaderings, in ’n poging om die berekeningskoste van die verrigting-evaluering te verminder. Die akkuraatheid van die numeriese model is bevestig deur middel van ’n vergelyking van die numeriese resultate met toetsdata ingesamel tydens die volskaal toetse uitgevoer op ’n operasionele ACSC. Goeie korrelasie is bereik tussen die numeriese resultate en toetsdata. Verdere bevestiging is uitgevoer deur middel van ’n vergelyking met vorige numeriese werk. Bevredigende konvergensie is in die algemeen bereik en die paar verskille in die resultate word verduidelik. Die effek van wind op ACSC verrigting by El Dorado Power Plant (Nevada, VSA) is ondersoek, en daar is bevind dat verlaagde waaierverrigting, as gevolg van vervormde vloei by die inlaat van die stroomop waaiers, die primêre bydraer is tot die afname in ACSC werkverrigting geassosieer met verhoogde windsnelheid in hierdie geval. ’n Poging word dan aangewend om effektiewe wind-effek velagingsmaatreëls te identifiseer. Windskerms, soliede wandelvlakke en die verhoging van die waaierkrag word gevolglik ondersoek. Daar is bevind dat die installasie van ’n toepaslike windskerm-opset ’n nuttige middel tot ’n vermindering van die negatiewe effekte van wind op ACSC verrigting bied, en ’n verbeterde windskerm opset is voorgestel vir El Dorado. Soliede wandelvlakke word ook aanbeveel as voordelig vir ACSC verrigting onder winderige toestande. Dit is verder bevind dat die ACSC prestasie verhoog met wandelvlak breedte, maar dat die installasie van ’n te ruim wandelvlak nie regverdigbaar is nie. Ten slotte, word bewys dat die verhoging van die waaierkrag tydens periodes van ongunstige omgewingsomstandighede ’n beperkte voordeel in hierdie geval het. Die model wat ontwikkel is in hierdie studie het die potensiaal om voorsiening te maak vir die evaluering van groot ACSC- installasies en bied ’n betroubare platform vanwaar verdere ondersoeke tot die verbetering van ACSC verrigting onder winderige toestande uitgevoer kan word.
Description
Thesis (MScEng (Mechanical and Mechatronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2010.
Keywords
Air cooled condenser, Computational fluid dynamics, Wind effect, Cooling, Dissertations -- Mechanical engineering, Theses -- Mechanical engineering