带填料的复合流闭式冷却塔的结构设计与性能分析

发布时间：2020-07-19 12:52

【摘要】：带填料的复合流闭式冷却塔是指在冷却塔中既有逆流热交换又有横流热交换,喷淋水首先与空气在盘管区呈逆流换热,温度升高后落入填料区与空气呈交叉流动换热。带填料的复合流闭式冷却塔相较于全盘管型冷却塔增加了填料区,在取得相同冷却效果的前提下初投资更低;相较于横流闭式冷却塔,其盘管区喷淋水与空气呈逆流换热,换热效果更好,即在相同盘管布置的情况下,逆流可得到更低的出口冷却水温。基于以上的考虑确定了带填料的复合流闭式冷却塔的可行性,并完成了结构设计、软件开发以及性能分析。首先,本文依据热质交换原理,在一定假设的基础上建立了盘管区与填料区的热质交换模型,并根据经验公式得到解析解;然后将结构设计流程转换为计算机语言,完成软件开发,用户通过输入已知参数即可得到复合流闭式冷却塔中盘管与填料的尺寸;最后笔者针对某一确定结构的复合流闭式冷却塔展开了性能分析。在结构设计时,气象参数为:干球温度为31.5℃,湿球温度为28℃,大气压为1.013?10~5Pa。冷却水量为250m~3/h,冷却水进口温度为45℃、出口温度为35℃。设计流程为:首先确定盘管尺寸,然后根据喷淋水的温升以及喷淋水量确定填料尺寸。无论是在计算盘管尺寸还是填料尺寸时,都存在假设的数值,笔者的计算思路是依据假设的数值求出盘管尺寸或填料尺寸后,验证假设的数值与实际运行工况下的数值是否在允许误差内,若在允许误差内即设计合理,否则就用实际数值代替假设数值重新计算,经过数次迭代循环最终输出结果。由于本课题设计的带填料的复合流闭式冷却塔的结构对称,所以在进行设计计算、软件开发以及性能分析时均采用一半数据,而另一半结构尺寸可通过镜像获得。进行结构设计之前,应明确冷却任务、冷却塔使用地的气象条件、喷淋密度、空气流量、盘管规格以及填料类型等参数。在计算时,由于循环终止条件设置的误差较小以及循环嵌套太多,有可能出现在设计者设定的条件下无法获取合适的尺寸等情况,此时笔者采取的是调整空气流量或喷淋密度,所以最后的结果有可能与输入参数存在一定的出入,使用软件时应明确这一点,具体流程图可查看第三章。最后进行性能分析是在固定冷却塔结构的前提下开展的,首先将它与复合型逆流式冷却塔进行对比,得出该课题设计的复合流闭式冷却塔虽然冷却水出口温度稍高,但是盘管与填料对空气的总阻力却较小;此外还分析了喷淋密度和冷却水量对复合流闭式冷却塔的影响。随着喷淋密度的增大,冷却水出口水温越来越低,冷却效率越来越高,而盘管区风机压头损失却会越来越大;随着冷却水量的增多,冷却效率越来越低,本课题设计的冷却塔结构冷却水量建议在198m~3/h~330m~3/h之间。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU991.42
【图文】：

示意图,质交换,水热,空气

当两个直接接触的流体层流动速度不等时，两者之间会产生动量传递；当两流体的温度不同时，会产生热量传递；同理当两流体的某组分浓度不同时，会产生质量传递，这三种传递具有诸多类似之处。在空气和水进行直接接触时，发生的热质交换现象就包括这三种传递。当空气和水之间进行直接接触时，在靠近水的表面或在水滴的周围会形成一个饱和空气边界层。边界层内饱和空气的温度bT 与水表面的温度wbT 相等，且该边界层内的水蒸气分压力bP 仅与bT 相关。远离该边界层温度为zT 的空气被称为主体空气，主体空气内水蒸气分压力为zP 。当zT 〉bT 时，主体空气散失热量，否则主体空气得到热量；当bP 〉zP 时，主体空气内的水分子数量增多，湿度变大，否则主体空气内水蒸气分子数减少，湿度减小。所以由以上分析可知，热交换与质交换的推动力分别是温差与水蒸气分压力差，总热交换的推动力是焓差[1]。具体热质交换过程原理图如下：

示意图,示意图,难题

或缺的重要资源。工业革命以后，各行各业的用水量急剧增加，以致在经过和 20 世纪争石油事件后，现有 21 世纪会争水的言论。缺水早已不是个别国的难题，而是已经发展成为全球性的资源危机；昔日应对水资源短缺的解决修建大量的水利工程来增加水量供给，但现在许多国家的缺水已到极限，可难题的方式与以往大有不同。从当下开始，无论是国家层面还是个人层面，约和提高现有水资源的利用率，来满足各种对水资源的需求。蒸发冷却技术依据冷却方式可分为三种。其中直接蒸发冷却（DEC）技术在高的地区制冷效果不明显，所以不宜在我国南方地区和沿海区域被单独使用冷却（IEC）的过程中产出介质和工作介质之间只有显热交换量；间接－直（IDEC）技术是复合直接与间接蒸发冷却从而得到冷风或冷水的技术，采用换热器因其往往是由两级构成的，所以也被称为两级蒸发冷却，这种技术是为广泛的，因为它可以实现低于湿球温度的送风温度。

示意图,示意图,难题

【参考文献】