新时代经济社会发展对我国电站节能及环保问题提出了新要求。电站空冷系统因其显著的节水和低污染优势,在我国富煤缺水地区得到了广泛应用。其中,机械通风直接空冷系统因其较低的投资及较高的冷却效率应用较多。然而机械通风空冷系统的换热性能受诸多因素的影响,空冷传热表面结构及布置的固有缺陷和多变环境气象条件的不利影响是导致空冷系统性能不佳的主要原因。考虑到当前国内外对机械通风空冷系统流动换热性能的研究现状,本文以电站空冷系统为研究对象,采用数值模拟方法,借助于Fluent商业软件,并辅以实验验证,以较好的换热性能为目标,分别从空冷翅片管及空冷凝汽器的布置两个角度对空冷系统的性能进行优化。针对空冷凝汽器单元结构上上的固有缺陷,本文提出一种新型的倾斜蛇形翅片管束,并采用数值模拟方法得到其流动及换热特性。在此基础上,将新型倾斜翅片管应用到凝汽器单元中,得到了凝汽器单元的释热性能,将其与传统凝汽器性能进行对比,发现新型凝汽器单元的流动换热性能得到了极大改善,特别是在倾角为45°时,凝汽器下部的低速高温区域完全消失,且其质量流量提升率和换热量提升率较传统凝汽器单元分别提升了 12.81%和8.96%。通过对机械通风直接空冷系统进行多尺度数值模拟,本文揭示了大尺度空冷传热表面传热性能的空间分布规律,并针对不利环境风条件下的换热情况展开了详细研究。考虑到环境风对传统矩形布置空冷系统的不利影响,本文提出了一种空冷凝汽器正方形布局方式以削弱环境风影响。结果表明对正方形布置的空冷凝汽器,迎风侧空气的倒灌及侧向的热风回流现象均得到了极大控制,在-90°风向16m/s风速时,空冷系统的总换热量较传统矩形布置增加了25.21%,在无环境风作用时,两种布置方式下总的换热量近似相等。