第十章 工业循环冷却水系统

第2节
冷却构筑物
点滴薄膜式淋水填料
第3节 水冷却的理论基础
一、湿空气热力学参数 二、焓湿图 三、理论冷却极限 四、水的冷却原理
一、湿空气热力学参数 湿空气：含水蒸气的空气＝干空气＋水蒸气
1. 湿空气压力（P）
湿空气总压力P就是当地的大气压 按气体分压定律：P＝Pg（干空气分压）＋Pq（水蒸气分压） 饱和水蒸气分压力（Pq″）：一定温度下，吸湿能力达最大，空气 中的水蒸气处于饱和状态时。
第2节
冷却塔冷却构筑物
第2节
冷却构筑物
喷流式冷却塔
喷流式冷却塔
第2节
冷却构筑物
二、冷却塔组成
第2节
冷却构筑物
第2节
冷却构筑物
没有水的蒸发损失， 也无风吹和排污损失
第2节
冷却构筑物
喷头（小三溅式）
第2节
冷却构筑物
点滴式淋水填料
第2节
冷却构筑物
第2节
冷却构筑物
波纹几何尺寸 薄膜式淋水填料散热情况
干球温度为一般温度计测得的气温。湿 球温度代表在当地气温条件下，水可能
被冷却的最低温度，也即冷却构筑物出
水温度的理论极限值。 湿球温度τ：水可能被冷却的最低温度
干球温度： 当地气温温度 θ
测定湿球温度时：１）纱布必须完全包住水银球 ２）风速３—５m/s 以上。
第3节
水冷却的理论基础
四、水的冷却原理
第3节
水冷却的理论基础
2. 湿度 (1) 绝对湿度：1m3湿空气含水蒸气的质量，其数值等 于水蒸气在分压Pq和温度T时的密度（ρq）
q
饱和空气
Pq R qT
10
q "
3
Pq " 461.6T
Pq " R qT
10 3 (kg / m 3 )
3
10
Pq " 461.53T
103 (kg / m 3 )
第3节
水冷却的理论基础
总散热量:
如果以填料体积来表示，则 αν：容积传热系数
βxv：与含湿量差有关的淋水填料容积传质系数 V：淋水填料的体积
第3节
水冷却的理论基础
水冷却的理论讨论 水的冷却过程是通过蒸发传热和接触传热实现的，水温的变化则 是两者作用的结果。
第4节 水冷却的工艺设计
1. 逆流式冷却塔热力学计算基本方程
湿空气的密度随大气压力的降低和温度的升高而 减小。
第3节
水冷却的理论基础
3. 湿空气比热（Csh） 使总质量为（１＋x）kg的湿空气（包括１kg干空气和 xkg水蒸汽）温度升高１℃所需的热量，称为湿空气的比 热，用Csh表示。 Csh = Cg+Cq x Csh =1.005+1.84x Csh一般采用１.０５KJ/(kg· ℃) 4. 湿空气的焓（i） 表示气体含热量大小。 湿空气的焓等于1kg干空气和含湿量x公斤水蒸气的含热 量之和。 i = ig + x iq
•稳定――进行水质处理
第 2节
蒸发风吹损失
冷却构筑物
蒸汽 蒸发风吹损失
一、冷却构筑物分类 二、冷却塔组成
一、冷却构筑物分类 •冷却池：水面和喷水冷却池
补充水
充水
•冷却塔：
排 污
凝结水
补充水
排 污
敞开式（湿式）（水冷，并循环使用） 密闭式（干式） （气冷） 混合式（干湿式）（水气并用）
循环冷却系统（敞开）
引入麦克尔焓差方程得：
xvV
Q
xv
Q
C w k

t1
t2
dt i" i
N ' 特性数，反映了冷却塔本
身具有的冷却能力, 与淋水填料的特性， 构造几何尺寸、散热性能及其气、水 流量有关，称为冷却塔的特性数
Cw t1 dt 为冷却数, 与外部气象条件空气参数有关, 而与冷却的构 " t 2 k i i 造和形式无关. N
吸热后的冷却水 蒸发风吹损失
冷却后的 冷却水
补充水
补充水
排 污
循环冷却系统（封闭） 干式冷却系统（封闭）
直流冷却系统
冷却
系统
开式循环冷却系统
闭式循环冷却系统
各种冷却系统
敞开式循环冷却水系统
冷却水由循环水泵（4）打入凝汽器（1）的铜管中，经 与管外汽空间的蒸汽换热后升温，然后进入冷却塔（2） 或冷却水池，与空气换热后降温进入集水槽（3），再 由循环泵打入凝汽器。如此循环的冷却水又叫循环水。
的绝对湿度之比：ϕ＝ρq / ρq"
ϕ =ρq/ρq“= Pq/ Pq” Pq= ϕ Pq”
第3节
水冷却的理论基础
(3) 含湿量：在含有1kg干空气的湿空气中，其所含水蒸气
的质量 x(kg) 称为湿空气含湿量， 也称为比湿，单位 为:kg/kg(干空气)
q RgPq 287.14Pq Pq Pq 0.622 0.622 g RqPg 461.53Pg P Pq P- Pq
第十章 循环冷却水系统
第1节概述 第2节冷却构筑物 第3节水冷却的理论基础
第 1节
概述
一、循环冷却水系统
二、各行业中循环冷却水比例
三、循环冷却水系统主要问题
第1节 概述
一、循环冷却水系统
第1节 概述
二、各行业中循环冷却水比例 •电力业：99% •石油化工：90.1% •化学工业：87.3% •冶金：85.4% 三、循环冷却水系统主要问题 •降温――水冷却
第3节
水冷却的理论基础
2．蒸发散热
单位时间内蒸发的水量: dQu＝βx(x" – x) dF dHβ=γ0 βx(x" – x) dF
(kg/h) (kJ/h)
单位时间内蒸发传热：
γ0 :水的汽化热kJ/kg βx:以含湿量为基准的传质系数 x ":与水温 tf 相应的饱和空气含湿量 x：温度为θ时空气的含湿量
显热：与温度有关
潜热：与温度无关
第3节
水冷却的理论基础
二、焓湿图
湿空气的各项热力学参数都是由试验测得的。
为计算方便，将四项主要参数（相对湿度 ϕ，压力
P，焓 i，温度 θ）之间的关系制成图表――焓湿图
根据已知参数求焓。
第3节
水冷却的理论基础
ϕ
P
i
℃
第3节
水冷却的理论基础
三、理论冷却极限
干湿球温度是空气的主要热力学参数。
第3节
水冷却的理论基础
湿空气焓由以下两部分组成： •1kg干空气由０℃升至θ℃所需的热量: Cgθ , θ:空气温度
1kg干空气的焓： i g c g 1.005(KJ / Kg)
•xkg水蒸气的焓有两部分组成： 以０℃的水的热量为零： (1)汽化潜热γ0：0 ℃，液体→气体：γ0 =2500 kJ ／kg (2)显热：水蒸气从0 ℃ → θ ℃： Cqθ 1kg水蒸气由０℃升至θ℃所需的热量: iq = Cqθ=1.842 θ KJ/Kg x公斤水蒸气的焓：x (γ0+Cqθ) ； •湿空气焓 i=ig+iq x =Cgθ+x (γ0+Cqθ) =1.005θ+(2500+1.842θ)x=(1.005+1.842x) θ+2500x =Cshθ＋γ0 x
其中干空气： 水蒸气：
R0 8314.66 Rg 287 J / kg.K Mg 28.97 R 8314.66 Rq 0 461J / kg .K Mq 18.2
R0是摩尔气体常数，为8314.66J/(kmol.K)
第3节
水冷却的理论基础
(2) 相对湿度：空气的绝对湿度和同温度下饱和空气
2. 冷却数（N）与特性数（N′）的统一：
N f ( ) N f ( )
N′
N′ 工作点
N
λ
D
λ
本章总结
(1) 水冷却的原理
(2) 冷却塔的构成
习题
1.分析研究中央空调系统冷却塔系统的特点
2.分析实验室干湿球温度计的温源自文库特征
饱和含湿量
q Pq Pq 0.622 0.622 g P Pq P Pq g g
0.622
Pq 0.622 （ 1） P - Pq
可得

饱和空气
0.622
说明：
则每公斤干空气可以增 加 " 的水蒸汽
水的冷却是将空气作为冷却介质。
• 水气之间的接触传热 • 水的蒸发散热
1．接触传热 基于水温和气温差的传热。 单位时间微元面积的接触传热dHα dHα=α(tf -θ) dF α: 接触传热系数 tf：水气交界面的水温 (kJ/h)
dHβ gas θ dQ u dHα
Q
tf
θ：空气温度
F: 淋水填料全部接触表面积
蒸汽 蒸发风吹损失
凝结水
补充水
排 污
密闭式循环冷却水系统
冷却用水经换热设备（1）后升温，在另一换热器（2）与外 界冷却水换热后降温进入贮槽（3），再用泵（4）打入换热 设备，如此循环。吸热后的外界冷却水，在冷却塔（5）中 被冷却并循环使用。
吸热后的冷却水 蒸发风吹损失
冷却后的 冷却水
补充水
补充水
排 污
" 增大，吸湿能力增大，空气越干燥。
第3节
水冷却的理论基础
(4) 湿空气的密度 ρ
Pg 103 Pq 103 ( P qq ) 103 Pq 103 g q RgT RqT RgT RqT P Pq 3.483 1.316 (kg / m3 ) T T