湿球温度与闭塔蒸发冷却能力关系的研究.docx

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1、湿球温度与闭塔蒸发冷却能力关系的研究摘要：蒸发冷却技术广泛应用于冷却塔，冷却塔有开式和闭式之分。环境湿球温度对开式冷却塔性能的影响基本是明确的，但对闭式冷却塔的性能影响尚不十分明确。本文即以探究环境湿球温度对闭式冷却塔蒸发冷却能力的影响为研究目的，以理论模型闭塔、实际产品闭塔以及开式冷却塔为比较对象，给出了不同闭塔塔型以及同一塔型在不同管材、管径、壁厚等设计细节时环境湿球温度与被冷却水出口温度间的对应关系，并与开塔作了比较。       关键词：蒸发冷却；闭式冷却塔；湿球温度       0前言       蒸发冷却是利用水与空气的之间的热湿交换来完成的，其主要应用场合之一是冷却塔。冷却塔根据

2、水与空气的接触方式分为开式冷却塔和闭式冷却塔。当工艺水与空气直接接触进行热湿交换时，就称之为开式冷却塔；当工艺水与空气不接触，即工艺水在盘管内流动，其与空气的换热是通过其与管内壁的对流换热、管壁热传导、管外壁与管外喷淋水的对流换热、管外喷淋水与空气的对流和蒸发换热完成的，由于工艺水在工艺过程的冷却系统中封闭循环，故称之为闭式冷却塔。冷却塔与一般换热器的最大区别是：其运行工况随环境湿球温度的变化而变化是其运行的常态。对开式冷却塔，由于水与空气直接接触，根据焓差法，其冷却能力与环境湿球温度的关系是明确的。文献[1]阐述了开式冷却塔的各种参数对塔性能的影响，文献[2]也研究了开塔的相关设计参数和空气

3、参数对开塔性能的影响，文献[3]研究了开塔进出口水温对出塔空气温度的影响，文献[4][5]分别研究了环境湿球温度和空气相对湿度对蒸发损失的影响，文献[6]研究了空气质量流量对开塔冷却能力的影响。对闭式冷却塔，文献[7]研究了喷淋水量、空气流量、湿球温度对该文所述闭塔冷却效率[7]的影响，文献[8]研究了气水比、环境湿球温度对全盘管逆流闭塔冷却温差的影响，而对于不同的闭塔塔型和同一塔型下不同设计参数，湿球温度与闭式冷却能力关系的比较，尚无相关资料或文献报道，所以本文即以探究环境湿球温度对闭式冷却塔蒸发冷却能力的影响为研究目的，以理论模型闭塔、实际产品闭塔以及开式冷却塔为比较对象，给出了不同闭塔塔

4、型以及同一塔型在不同管材、管径、壁厚等设计细节时环境湿球温度与被冷却水出口温度间的对应关系，并与开塔作比较。       1闭式冷却塔的热力计算模型和参与比较的各塔塔型闭式冷却塔的传热过程为热量从管内流体经过壁面传递到喷淋水中，再从喷淋水传给空气。喷淋水向空气的传热是依靠水的蒸发传热（即潜热传热）和水与空气之间的接触传热（即显热传热）两种方式进行的。闭式冷却塔热力计算的三个基本方程为[9]：                                                                                                （1）    

5、                                                                （2）                                                                                                            （3）       以上各式中：（1）式代表管内流体失去的热量，（2）式代表喷淋水失去的热量为喷淋水传给空气的热量与由管内流体那里所得到的热量之差，（3）式代表空气得到的热量。为微元高度段的传热面积；、、分别代表喷淋水的流量、管内流体的流量和干空气的

6、流量； 、分别代表管内流体的温度和喷淋水的温度；、分别代表与喷淋水温度相对应的饱和湿空气的焓和空气的焓）；、分别代表管内流体和喷淋水的比热容；代表从传热管内直至喷淋水的传热系数（以管外表面积为基准）；代表喷淋水向空气流的传质系数。       对一个全盘管的逆流闭塔，如图1，依据上述方程和 的边界条件，可以设计出各种工况条件下符合冷却能力要求的一系列闭塔，本文称之为理论模型塔。表1给出了以环境湿球温度为27℃、空气干球温度为33℃、进水温度为37℃、出水温度为32℃、管内水流量为100m3/h、大气压力为99.4kPa时采用不同管材、不同管径、不同壁厚的四个相同冷却能力的理论模型塔（塔一、塔二

7、、塔三、塔四），四个塔的水平管间距均为0.046m，垂直管间距均为0.0398m，截面风速均为2.3m/s；与其对比的逆流开塔（塔五）如图2，也是在相同设计参数下与闭塔有相同的冷却能力。 图1理论模型塔结构图 图2逆流开式冷却塔结构图表1塔形说明表塔型材料管尺寸(mm)流程×单层管排数塔尺寸(m)设计管长(m)计算传热面积(m2)淋水密度(m3/h×m2)塔一紫铜φ19×0.58×23.738×3