冷却塔的热力计算

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冷却塔的热力计算

冷却塔的任务是将一定水量Q ,从水温t 1冷却到t 2,或者冷却△t =t 1-t 2。因此,要设计出规格合适的冷却塔,或核算已有冷却塔的冷却能力,我们必须做冷却塔的热力计算。

为了便于计算,我们对冷却塔中的热力过程作如下简化假设:

(1)散热系数α,散质系数v β,以及湿空气的比热c ,在整个冷却过程被看

作是常量,不随空气温度及水温变化。

(2) 在冷却塔内由于水蒸气的分压力很小,对塔内压力变化影响也很小,所以计算中压力取平均大气压力值。

(3)认为水膜或水滴的表面温度与内部温度一致,也就是不考虑水侧的热阻。

(4) 在热平衡计算中,由于蒸发水量不大,也可以将蒸发水量忽略不计。 (5) 在水温变化不大的范围内,可将饱和水蒸汽分压力及饱和空气与水温的关系假定为线性关系。

冷却塔的热力计算方法有焓差法、湿差法和压差法等,其中最常用的是麦

克尔提出的焓差法,以下简要介绍冷却塔的焓差法热力计算。

麦克尔提出的焓差法把过去由温度差和浓度差为动力的传热公式,统一为一

个以焓差为动力的传热公式。在方程式中,麦克尔引进入刘易斯关系式,导出了以焓差为动力的散热方程式。

(

)

dV h h dH t xv q 0"

-=β (1)

式中:q dH —— 水散出热量;

xv β —— 以含湿差为基准的容积散质系数()[]

kg kg s m kg //3⋅⋅ ;

"

t h —— 温度为水温t 时饱和空气比焓 (kg kJ /);

0h —— 空气比焓 (kg kJ /)。

将式(1)代入冷却塔内热平衡方程:

n w w q tdQ c Qdt c dH += (2)

式中:q dH —— 水散出热量;

w c —— 水的比热()[]

C /J o ⋅kg k ;

Q —— 冷却水量 (s /g k ); u Q —— 蒸发水量 (s /g k ) t —— 水温度 (℃)

并引入系数K :

m

w u m u w r t

c Q r t Q c K 2

211-=-

=

式中 m r ——塔内平均汽化热(kg kJ /)

经整理,并积分后,可得冷却塔热力计算的基本方程式:

⎰-=120

"t t t w xv h h dt c Q v

K β (3) 上式的左端表示在一定淋水填料及格型下冷却塔所具有的冷却能力,它与淋

水填料的特性、构造、几何尺寸、冷却水量有关,称冷却塔的特性数,以符号愿

'Ω表示,即:

Q V

K xv β=

Ω'

(3)式的右端表示冷却任务的大小,与气象条件有关,而与冷却塔的构造无关,称为冷却数(或交换数),以符号'Ω表示,也即:

⎰-=Ω1

20

"t t t w h h dt c

由于水温不是空气焓的直接函数,直接积分有困难,所以,在求解冷却数的时候,一般均采用近似积分方法。积分的方法很多,有辛普逊积分法、平均推动力法、切比雪夫积分法、对数及算术平均焓差法,以及不少的经验曲线与图表,这里只介绍美国冷却塔协会(CTI)所推荐的切比雪夫积分法。

切比雪夫积分法为美国冷却塔协会(CTI)所推荐,在美国及日本均被采用。

这种积分方法是将积分式⎰b

a

ydx ,在x 轴上a 到b 之间求出几个预定的y 值,某y

值的总和乘恒定值b -a ,便为所求的积分值。其分点为b -a 的0.102673倍、0.406204倍、0.593796倍及0.897327倍。求其4个分点相应的y 值。为计算简化,小数点后取一位,则为b -a 的0.1倍,0.4倍,0.6倍及0.9倍。其计算公式为:

ϑ-=Ω

1

2

"t t t w h h dt c

⎪⎪⎭

⎝⎛∆+∆+∆+∆∆=

432111114h h h h t c w

如果温差较小时,其分点也可以不按上述倍数划分,可将水温差t 四等分,求各份中点的焓差,然后代入公式计算。如果按倍数划分时,各分点相应的焓差如下表所示。

上述即为一个完整的冷却塔热力计算过程,它既可用于冷却塔的设计计算,也可用于现有冷却塔的核算。

在核算已有冷却塔时,已知塔的尺寸及内部部件,水量Q ,进水温度t 1,大气压力p a ,干球温度θ1,湿球温度τ1。则要求计算:出水温度t 2,通气量G ,出塔空气干球温度θ2,出塔空气湿球温度τ2。

冷却塔的设计是一个试算过程,即根据给定条件,选定塔的尺寸及内部部件,然后计算水温t 2,使其满足设计要求。因此冷却塔的热力计算即为计算出塔水温t 2,同时也计算通气量及排气温度。

冷却塔的通风阻力计算

在设计新的冷却塔时,首先要选定冷却塔的型式,根据给定的工作条件决定冷却塔的基 本尺寸和结构,其中包括淋水装置的横截面面积和填料高度、冷却塔的进风口、导风装置、 收水器、配水器等,并选定风机的型号和风量、风压,这样就需要对冷却塔内气流通风阻力

作比较准确的计算。

1. 冷却塔的通风阻力构成

冷却塔的通风阻力,即空气流动在冷却塔内的压力损失,为沿程摩阻和局部阻力之和。通常把冷却塔的全部通风阻力从冷却塔的进口到风机出口分为10个部分进行计算,如图所示: 1p ∆——进风口的阻力; 2p ∆——导风装置的阻力; 3p ∆——空气流转弯的阻力;

4p ∆——淋水装置进口处突然收缩的阻力;

5p ∆——空气流过淋水装置的阻力(摩擦阻力和局部阻力); 6p ∆——淋水装置出口处突然膨胀的阻力; 7p ∆——配水装置的阻力; 8p ∆——收水器的阻力; 9p ∆——风机进口的阻力; 10p ∆——风机风筒出口的阻力。

冷却塔的通风总阻力 : ∑∆P =∆i

z p (1)

2.冷却塔的局部通风阻力计算

如前所述,冷却塔总的局部阻力包括进风口、导流设施、淋水装置、配水系统、收水器以及风筒阻力(包括风机进出口)、气流的收缩、扩大、转弯等部分。各局部阻力可按下述公式来计算:

g

v P i i i

22

i ⋅=∆γξ(毫米水柱) (2)

式中: i ξ ——各局部阻力系数;

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