冷却塔作为一种有效的冷却设备,在工农业生产特别是需要大量冷却水的火电站和核电站热力系统中被广泛使用。随着电力工业的发展和水资源的日益稀缺,人们对冷却塔冷却效果和冷却效率的要求也逐渐提高,并不断地对冷却塔的性能进行研究。根据最新的《核电中长期发展规划(2011-2020年)》,在强调核电安全的前提下,我国正稳步有序地推进核电建设工作,千万千瓦级的第三代核电技术——AP1000因其具有容量大、技术先进和安全性高等特点,被各地区核电项目所采用。作为AP1000核电机组的重要组成部分,自然通风冷却塔热力性能直接影响核电站的稳定运行。AP1000核电机组冷却塔塔筒结构尺寸巨大,其规模将远超以往冷却塔,塔内的流动及传热传质过程较为复杂,超过了目前国内规范涉及的范围,常规一维、二维计算软件及方法已不能精确地计算冷却塔的各种参数及冷却塔内部复杂结构等三维因素对冷却塔效率的影响,而模型试验很难满足其中的两相流耦合情况下的相似条件且成本太高。因此开发适用于超大型冷却塔性能计算的三维数值计算模型,研究塔内两相流动、传热传质特性及各种因素对冷却塔性能的影响是十分必要的。本文建立了超大型冷却塔的三维数值计算模型,在根据实测数据对所建三维数值计算模型进行验证的基础上,对多种工况条件下冷却塔内两相流动及传热传质进行了三维数值计算,着重对填料布置不均、分区配水、淋水密度、进塔水温和环境湿度等因素对冷却塔热力特性的影响展开了分析研究；同时,分析了侧风下各种防御措施的效果,还研究了侧风下冷却塔出口形状对塔内流场的影响以及冷却塔出口雾羽扩散现象,为超大型冷却塔优化设计和性能评价提供了参考依据。主要研究工作如下：(1)冷却塔内流动及传热传质三维数值计算模型的建立。本文考虑了不同填料形式对填料区传热传质及阻力特性的影响,采用了由实验得出的填料特性公式,对刘易斯因子Le进行了修正,建立了较为准确的超大型冷却塔填料区流动及传热传质模型；同时也建立了相关的喷淋区和雨区的三维数值计算模型。最后基于Fluent软件平台,采用自定义函数添加源项方法,开发了适用于冷却塔特性研究的三维数值模拟程序,为冷却塔内流动和传热传质的研究提供了基础。(2)冷却塔三维数值计算模型的验证分析。采用开发的冷却塔三维数值计算模型对两个在用冷却塔进行了数值计算,计算结果与设计计算及实测数据进行了验证分析。结果表明计算结果与实测数据吻合度较高,验证了三维数值模型的准确性和可靠性,表明所开发的三维数值计算模型可以满足冷却塔特性计算的要求。(3)冷却塔内结构及运行参数对冷却塔性能影响的研究。根据各种条件下的塔内速度、温度、湿度的分布情况,分析了各种填料布置方式和配水方式对冷却塔性能的影响,得出了较好的布置和分配方式。同时,还分析了淋水密度、进塔水温、环境湿度等变化对冷却塔性能的影响。(4)侧风下冷却塔防风措施的研究。研究了侧风下塔内流场的分布,并分析了多种侧风防御措施的效果。指出了各种防御措施的优缺点,并给出了不同气象条件下的侧风防御措施建议。(5)侧风下冷却塔出口结构影响的研究。分析不同出口形状、出口面积及扩散角对冷却塔内流动的影响,得出了各种出口结构的侧风防御能力,并给出了不同侧风条件下采用的出口结构的建议。(6)冷却塔出口雾羽扩散的研究。结合实测数据,对单塔雾羽扩散以及侧风情况下双塔出口、漂滴和温度的扩散及分布情况进行了研究,给出了不同工况下雾羽的扩散特性。希望为合理评估冷却塔出口对环境的影响以及相应防范措施的采取提供支持。本文建立了超大型冷却塔的三维数值计算模型,并分析了各种塔内外结构及运行参数对冷却塔性能的影响以及冷却塔对周围环境的影响,为冷却塔的设计及优化提供了参考依据,同时,也为冷却塔性能的科学评价提供了一种较好的方法。