冷却塔的热力计算.doc

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-、、。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-,,。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。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),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