闭式冷却塔的影响因素分析

摘要： 通过已有的数学模型，采用数值计算，分析了相对湿度、空气流量、冷却水流量及管壁导热系数的变化，得到了其对闭式冷却塔平均喷淋水温度和冷却效率的影响；以及管壁导热系数对出口温度的影响。对闭塔的优化设计和实际应用有一定的指导作用。

关键词： 闭式冷却塔；影响因素；冷却效率

前言

      闭式冷却塔是一种将冷却器和凉水塔一体化结构的高效冷却设备，冷却水走管内，避免了与空气的直接接触，可保证冷却水的清洁性，主要利用水的蒸发潜热带走热量。随着国家节能、减排、低碳、环保等政策的提出，闭式冷却塔因其清洁性，在制冷、暖通、化工等行业具有广阔的市场前景 。本文针对逆流圆管型闭式冷却塔，通过已有的数学模型，采用数值计算的方法分析管内冷却水流量、空气状态参数和管壁导热系数对闭式冷却塔的平均喷淋水温度和冷却效率的影响，以及管壁导热系数对出口温度的影响，指导闭式冷却塔的优化设计，逆流圆管型闭式冷却塔的结构。

二、研究现状

         国内外不少学者对闭式冷却塔的传热传质性能进行了实验研究和理论分析。李雪玲等实验研究了逆流模式下管内冷却水流量、空气流量、喷淋水流量、环境湿球温度对换热性能的影响。如理论分析了结构参数（盘管尺寸、盘管截面形状和盘管管材）和运行参数（冷却水流量、喷淋水流量、空气流量和空气湿球温度）对冷却性能的影响。目前国内对闭式冷却塔性能影响因素的理论分析大多采用简化模型处理，忽略喷淋水温度变化的影响，且未通过实验验证。本文采用二维模型处理，考虑喷淋水温度的变化，模型通过实验验证其可靠性，模型详见文献，分析管内冷却水流量、空气状态和管壁导热系数对平均喷淋水温度和冷却效率的影响。

三、参戴说明

         3.1 冷却效率

               冷却效率定义为管内冷却水进出口温降与管内冷却水进口温度与空气湿球温度差值的比值

         3.2 结构参数

                本文采用Hasan 的结构参数，采用二维的处理方法，用Matlab 对圆管型闭式冷却塔编写模拟模型。Hasan 的结构参数：管层数12 ，单层管数19 根，外径lOmm 、壁厚Imm ，纵向管间距0.02m 、横向管间距0.06m之营长l.2m ，塔体宽度0.6m;

         3.3 工艺参数

               工艺参数：冷却水进口温度tpi = 18. 01 ℃，喷淋水质量流量m. = 1. 37kg/s 。

四、空气状态、冷却水流量和管壁导热系鼓的影晌

        4. 1 空气状态、相对湿度、冷却水流量的影响

        4. 1. 1 定湿球温度和空气流量，变相对湿度和冷却水流量

                   湿球温度定为twb = 12. 93℃，相对湿度即变化范围为10% ～ 100% ，冷却水流量mp 为0.4 、0.6和0. 8kg/s，当湿球温度和空气流量凡为定值时，对相同的管内冷却水流量，随着相对湿度的增大平均喷淋水温度兀m及冷却效率几乎不变。因为蒸发冷却以空气湿球温度为基准，当湿球温度不变时，传热温差不变，换热量变化几乎可以忽略。对相同的空气流量和相对湿度，随着冷却水流量增加，平均喷淋水温度升高，冷却效率下降，因为空气状态一定时，冷却水流量增加，冷却水出口温度升高，导致平均喷淋水温度升高，而冷却效率下降。

        4.1. 2 定干球温度和空气流量，变相对湿度和冷却水流量

                   干球温度定为＝ 19. 71 ℃，相对湿度RH 变化范围为10% ～ 80% ，冷却水流量mp 为0.4,0.6和0. 8kg/s 时相对温度和冷却流量对平均喷淋水温度Twm及冷却水效率的影响，当干球温度和空气流量维持不变时，对同一冷却水流量，随着相对湿度的增大平均喷淋水温度升高，冷却效率先升高再下降。因为相对湿度增大，湿球温度增加，导致冷却水与湿球温度间传热温差减小，换热量下降，冷却水出口升高引起喷淋水温度升高，冷却效率随湿球温度的增加先略有升高（约10% ）后降低；对相同的相对湿度，平均喷淋水温度随冷却水流量的增加而升高，冷却效率则下降。

        4.1. 3 定干球温度和冷却水流量，变相对湿度和空气流量，当干球温度和冷却水流量维持不变时，对同一空气流量，随着相对湿度的增大平均喷淋水温度升高，冷却效率先升高再下降；相同的相对湿度，平均喷淋水温度随空气流量的增加而降低，冷却效率则上升。

        4.2 管壁导热系数的影响

              选取了3 种典型管，不锈钢、碳钢和铜管作为材料，管壁导热系数分别为17 、45 和385W/(m •K ）。操作状态为：工艺参数：空气体积流量凡＝1. 08 旷／ s ，空气干球温度t. = 19. 71 ℃，湿球温度twb = 12. 96℃，冷却水质量流量mP = 0. 6kg/s ，喷淋水质量流量mw = 1. 37kg/s ，管壁导热系数对冷却水出口温度的影响

五、结论

         (1）空气干球温度对平均喷淋水温度和冷却效率的影响可以忽略；

         (2）平均喷淋水温度随管内冷却水流量的增加而增加，随空气流量的增加而下降，随湿球温度的升高而升高；对相同的冷却水和空气流量，冷却效率随湿球温度的增加先升高后下降；冷却效率随空气流量的增加而增加，随冷却水流量的增加而降低；

         (3）管壁导热系数大于17 W/(m • K ）后几乎对换热性能不产生影响。

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