自然通风逆流湿式高位收水冷却塔(高位塔),最早于上世纪90年代应用于蒲城电厂,以解决湿陷性黄土地区渗漏水浸泡影响。近十年来,随着我国电厂装机容量的增加,高位塔以其节能、降噪等优势,在我国大型火电、核电机组中具有较大应用前景。高位塔冷却性能的优劣决定了凝汽器入口循环冷却水温,进而影响凝汽器的背压,而凝汽器背压与机组热效率密切相关。因此,高位塔冷却性能的优化对于机组的高效运行有重要的意义。环境风的存在,直接影响自然通风冷却塔空气流场,并对其气水两相传热传质及冷却塔系统冷却性能产生不利影响。而高位塔收水装置下方存在较大的侧风影响空间,因此研究环境风对高位塔空气流场及热力特性的影响,揭示相关优化机制,对于高位塔传热强化及其冷却性能的优化具有重要的学术意义和工程价值。结合某1000MW火电机组实际运行自然通风高位收水冷却塔,本文建立了高位塔内气水两相流动及传热传质三维数学模型,并针对高位塔出口水温、温降等关键参数进行了网格独立性分析和运行数据验证。研究结果表明,环境风对所研究高位塔冷却性能影响较大,特别是当环境风平行于其独有的集水沟时。针对环境风向,定义侧风入射角为环境风与集水沟之间的夹角。在较低风速时,冷却性能随侧风入射角的增加而降低;而在较高风速时,冷却性能随入射角的增加而升高。研究发现,侧风入射角和风速的变化会引起不利于高位塔传热传质的空气流动现象,如:收水装置下方的穿堂风、集水沟后方的高速横向漩涡、迎风侧传热传质区附近的纵向漩涡以及迎风侧与背风侧气流分布不均等现象。随后,本文研究了塔内迎风侧纵向漩涡对高位塔传热传质过程的影响,证实了该漩涡是削弱高位塔冷却性能的一个关键因素。研究发现,纵向漩涡引起了高位塔迎风侧传热传质区附近的热湿空气回流现象,降低了该区域气水间传热温差和循环水的蒸发速率。为了衡量纵向漩涡的相对尺度,本文提出了热湿空气回流率的概念,并推导出了便于现场测试且能够衡量漩涡对高位塔冷却性能影响程度的表达形式。此外,提出了 4个针对热湿空气回流现象的优化准则。为了印证优化准则的可行性,采用具体措施进行了研究和验证。计算结果表明,复合塔内纵向漩涡尺度相对较小,出塔水温降低,整塔冷却性能相对较高。最后,研究了不同多孔度的十字墙对高位塔内部流场结构和冷却性能的影响。研究发现,布置适当多孔度的十字墙能够有效提升高位塔的冷却性能。同时,最佳多孔度与风速呈负相关,而与侧风入射角呈正相关,其取值范围大致为0.33～0.53。通过对比分析发现,高位塔与常规自然通风湿式冷却塔雨区结构的差异导致无缝十字墙在两种冷却塔中起到了不同的作用。本文从热湿空气回流的角度系统研究了环境风速、风向对高位塔冷却性能的影响,丰富了高位塔冷却特性相关基础研究。此外,研究了穿堂风、大尺度漩涡等塔内多种不良现象的形成机理与优化机制,提出了若干优化准则与具体措施,能够为高位塔冷却性能的优化提供参考。