冷却塔的热力计算

冷却塔的热力计算

冷却塔的任务是将一定水量Q，从水温t1冷却到t2，或者冷却△t＝t1－t2。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，散质系数，以及湿空气的比热，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。

（1）式中：——水散出热量；

——以含湿差为基准的容积散质系数；

——温度为水温t时饱和空气比焓()；

——空气比焓()。

将式（1）代入冷却塔内热平衡方程：

（2）式中：——水散出热量；

——水的比热；

——冷却水量()；

——蒸发水量()

——水温度（℃）

并引入系数K：

式中——塔内平均汽化热（）

经整理，并积分后，可得冷却塔热力计算的基本方程式：

（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，以符号愿表示，即：

（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)，以符号表示，也即：

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，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：

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t1，大气压力pa，干球温度θ1，湿球温度τ1。则要求计算：出水温度t2，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t2，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t2，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：

——进风口的阻力；

——导风装置的阻力；

——空气流转弯的阻力；

——淋水装置进口处突然收缩的阻力；

——空气流过淋水装置的阻力(摩擦阻力和局部阻力)；

——淋水装置出口处突然膨胀的阻力；

——配水装置的阻力；

——收水器的阻力；

——风机进口的阻力；

——风机风筒出口的阻力。

冷却塔的通风总阻力 : （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：

(毫米水柱)（2）式中：——各局部阻力系数；

——相应部位的空气流速(米／秒)；

——相应部位的空气比重(公斤／米3)；

——重力加速度。

而冷却塔的总局部阻力可写成：(毫米水柱)

由于气流密度在冷却塔内变化很小，所以在球求解时，各处的密度值均取冷却塔进、出口的几何平均值。

气流通过冷却塔各种部件处的速度，可先根据风机特性曲线及热力计算时确定的气水比选择风量G(公斤／时)后，由下式确定：

冷却塔各部件处局部阻力系数值的确定：

(1)进风口

(2)导风装置式中：

——淋水密度(米3／米2·小时)；

——导风装置长度(米)。

(3)进入淋水装置处气流转弯：

(4)淋水装置进口处突然收缩：

——淋水装置的截面(m2)。

(5)淋水装置

式中：——单位高度淋水装置的阻力系数；

——系数；

——淋水装置高度()。