盘管与填料复合型横流式冷却塔的结构设计与性能分析.docx

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1. 前言
随着工业化进程的不断发展，各种机械设备的应用规模不断扩大，这也同时带来了对设备的要求越来越高。在机械设备中，冷却塔可以说是不可或缺的，它们主要是为了降低热水或者蒸汽的温度，从而保证机械设备正常运行。而在冷却塔的设计中，盘管与填料复合型横流式冷却塔是一种非常经典的设计方式，在这篇论文中，我们将主要对这种冷却塔的结构设计和性能进行分析。
2. 盘管与填料复合型横流式冷却塔的结构设计
盘管与填料复合型横流式冷却塔由风机、淋水系统、水槽、填料层、盘管层、水集箱、出水管、进水管、支架、管座等组成，它的主要特点是在填料层之上另外增设一层管棒或管线，这个管棒或管线上分别加装了一个扁平的铜管，称为盘管，它的管径较小，环境空气流过填料层后通过盘管，带走其中的潜热，在冷却水对流并喷淋下时，吸收水位温度下降所需要的热量，从而提高冷却效率。
具体来说，这种冷却塔的设计步骤如下：
Step 1： 经测算确定进出水口、水槽长、宽和高尺寸。
Step 2： 依据塔高，确定塔体截面形状和高度；
Step 3： 根据环境温湿度和流量要求，确定冷却塔的风量及径向风机尺寸和数量。
Step 4： 选择合适的填料类型和长度，填料引导器和填料固定架的高度。
Step 5： 根据计算所得的需求冷却水温度和流量，计算热交换表面积和盘管长度。
Step 6： 设计盘管的管径、轮廓、排列方式及支管在水箱内的位置。
Step 7： 计算盘管的热传导系数和压降，在考虑风机的选择和管道排列后确定盘管壁厚度。
Step 8： 设计水箱和水管系统，分析水箱和盘管的水力特性，进行优化选择并确定相关参数。
Step 9： 进行塔体强度计算和风洞实验验证，调整设计参数，优化设计方案。
3. 盘管与填料复合型横流式冷却塔的性能分析
盘管与填料复合型横流式冷却塔其冷却效率主要取决于多种因素，例如进入冷却塔的水和空气温度、水和空气流量、盘管及填料层的热传导系数、空气和水的流态及热量传递方式等，在设计过程中需要进行多方面的性能分析和优化。
填料层的设计优化
填料层是冷却塔的核心部件之一，其作用是扩大表面积，减小流阻，使水与环境空气充分接触，实现热量交换。适当选择填料长度、角度和形状等参数，以及合适的填料材料，可以在一定程度上影响塔的整体性能。目前常用的填料材料有塑料硬质填料、塑料整体填料以及金属波纹填料等。
盘管长度和壁厚的计算
盘管的主要作用是通过强制换热的方式增强冷却塔的换热效果，在计算盘管长度时需要考虑冷却水的流量、水温和温差。盘管壁厚度既要保证耐腐蚀性和寿命，同时还要尽可能的减少管道压降，以提高其换热效率。
水箱和水管系统的设计
水箱和水管系统的设计主要考虑两个方面：一是优化水流路径，保证冷却水和盘管的充分接触和交换热量的效率；二是优化水流速度和水泵功率，以尽可能减少能源的浪费。
4. 结论
总体来看，盘管与填料复合型横流式冷却塔在结构设计和性能分析方面都有很多可以优化的地方，但是其基本的设计原理是非常经典和有效的。在今后的设计和应用过程中，需要继续研究和探索更加先进和可靠的设计方案，以满足不断提高的环保和节能要求。