冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究
大型电厂冷却塔塔群的数值研究
环水 以较低 温度 返 回凝 汽器 。 由此 可 见 ， 却 塔 冷
的出塔 水温直接 影 响汽轮机 的排 气 压力 和循环 热
制 的情况 下进行 深入 系统 的研 究 ， 完 善冷 却 塔 为
的设 计 和运行 提供 了参考依 据 。
效 率 。
近 年来 ， 随着 电力 企业 的发展 ， 国建 成一些 我 超大 型冷 却 塔 ， 水 面 积为 ９０ ０～１ ０ 塔 淋 ０ ３０ ０ｍ ，
ＺＨＡＮＧ ｅ —ｅ Ｉ Ｔｏ ｇ Ｚｈ ｎｇ ｌｉＪ Ｎ ｎ
（ ｅ ａ ｏ ａｏｙｏ ｉｉ ｒ ｆ ｄ ｃ ｔ ｎｏ ｎ ｉ ｏ ｏ ｉ ｒ ｇａ ｄ Ｃ ｎｒ ｌ ｏ ｏ ｒ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆ ｎｓｙ ｏ ｕ ａｉ ｆ Ｍ ｔ Ｅ ｏ Ｃｏ ｄｔ ｎＭ ｎｔ ｉ ｎ ｏ ｔｏ ｆｒＰ ｗｅ ｉ ｏｎ
２ 物 理 模 型 及 计 算 方 法
根 据 冷却塔 介质 的流 动特 性 和 ｆ ｅ ｔ ｌ ｎ 软件模 ｕ
型 的特点 ， 出以下基 本 假设 ： １ 不 考Байду номын сангаас虑 自然 风 列 （） 对塔 内流 动 的影 响 及 出塔 气 流对 环 境 大气 的 影
高 为 １０～１０ｍ， 合 形 式 有 简 单 的 单 、 ５ ８ 组 双塔 向
２ １ 年第 ３期 （ 第 １９期 ） ０１ 总 ５
应用 能源 技术
ｌ ３
大 型 电厂 冷 却 塔 塔 群 的 数 值研 究
张郑磊 ， 金 童
（． １ 苏州热 工研 究 院电站寿命 管理 研 究 中心结构 强度 所 ， 苏苏州 ２ ５ ０ ； 江 １０ ４
２ 华 北 电力大 学电站设 备状 态检 测与控 制教 育部 重点 实验 室 ， ． 河北保 定 ０ １０ ） ７ ０ ３
适于系统仿真的冷却塔模型及其实验验证
m 3 的函数 ,后者可定义为 :
m3
=
ma
mw
,i
cp ,w cs
(5)
式中 cs 为平均饱和比热容 ,等于进出口水饱和
焓值差与进出口水温差之比 。
又根据经验关系式[4 ]有
N TU = c
m w ,i 1 + n ma
(6)
式中 c , n 为反映冷却塔热湿交换的系数 ,由具体
冷却塔性能决定 。
凝热 ,在大多数情况下可通过冷却水循环回路中的 冷却塔向外排放 。有关冷却塔的运行特性 ,人们已 经进行过大量研究 。最早对冷却塔进行理论分析 的是 Merkel ,其研究结果[1 ] 成为日后人们分析冷 却塔热湿特性的基础 。随后 ,学者们根据各自不同 的研究目的和使用目标建立了大量的冷却塔模型 , 有些是基于详尽的传热传质理论 ,为设计和选型服 务[2 ] ;有些是基于经验关联式的简单模型 ,参数辨 识量较大[3 ] 。本文在前人的研究基础上 ,建立了 基于清晰物理概念的简单的冷却塔数学模型 ,该模 型模拟冷却塔内空气和水的热湿交换特性及动态 响应 ,参数辨识量小 ,适合于系统仿真研究 。 1 冷却塔的数学模型
当地空气状态参数 ,即可计算单台冷却塔的出水温
度 、流量 、排出空气的状态参数和风机能耗 ,以及积
水池即冷却塔的排水温度和所有风机的总能耗 。
以 TRNS YS 为仿真平台的仿真模拟程序计算框图
见图 3 。
图 3 冷却塔仿真模拟程序框图
2 冷却塔模型的参数辨识 在本文的冷却塔模型中 ,反映空气和水热湿交
32 ℃,湿球温度 27 ℃,冷却能力 2 721 kW ,循环水 量 7 800 L/ min 。每台冷却塔中有 3 台定风量风 机 ,单台风机风量 1 100 m3/ min ,功率 14 kW ,在实 际运行时采取 3 台风机同时联动的控制方式 。为 减小对制冷机的压力 ,冷却水泵布置在冷却水回水 侧 。冷水采用二次泵系统 ,但初级 、次级泵都为定 流量泵 ,当负荷发生变化时 ,通过调整次级泵运行 台数进行控制 。水系统示意图见图 5 ,当室外气温 较低时 ,为防止冷凝器冻结 ,可开启旁通阀 1 。
冷却塔加注液的流动传热特性分析及优化设计
冷却塔加注液的流动传热特性分析及优化设计随着城市化进程不断加速，工矿企业的兴起和发展，各种高温热源在工业领域得到越来越广泛的应用。
其中，冷却塔是一种非常重要的设备，其主要作用是通过水的自然蒸发使高温的循环冷却水得以降温，进而提高工业设备的效率和稳定性。
近年来，随着人们对环保和节能的不断追求，冷却塔技术也在不断升级和改进，冷却塔加注液的流动传热特性分析及优化设计也日渐受到人们的关注。
一、冷却塔加注液的流动传热特性分析冷却塔是一种热交换器，在其内部，水通过填充物向下流动，而空气从下往上通过填充物，进而与水发生直接接触换热。
在这个过程中，冷却塔加注液的作用是促进水的均匀分布和降低水的表面张力，从而使水更加容易被填充物湿润，进而提高传热效率。
冷却塔加注液的传热特性受到多种因素的影响，比如加注液的类型、加注液的量、填充物的类型和尺寸、空气流速等等。
其中，加注液的类型和量是影响最为显著的因素之一。
在实际生产中，可以采用一些化学药剂作为加注液，如表面活性剂、防吸附剂、氧化剂等等。
这些化学药剂可以在水上形成一层薄薄的液膜，从而增加水对填充物的湿润度，提高传热效果。
另外，在加注液中添加适量的酸碱度调节剂，可以有效地控制水的pH值，防止水中的矿物质和溶解物导致填充物的堵塞和腐蚀。
二、冷却塔加注液的优化设计为了进一步提高冷却塔加注液的传热效率，可以采用以下几种优化设计方案：1. 优化填充物的结构和排列方式填充物的结构和排列方式是影响冷却塔加注液传热效果的重要因素之一。
通常情况下，冷却塔的填充物分为板式和花篮式两种。
板式填充物在传热面积相同的情况下，相比花篮式填充物具有更大的气水接触面积，因此，其传热效率相对更高。
同时，在填充物纵向上采用波浪形排列方式，可以增加冷却塔的湿表面积，进而提高冷却效果。
2. 采用新型加注液技术在冷却塔加注液的选择上，可以采用一些新型加注液技术，如雾化式加注液和气浮式加注液等等。
这些新技术可以使加注液更加均匀地分布在填充物表面，从而增加填充物的湿润度，提高传热效率。
冷却塔进出水温模拟实验报告
冷却塔进出水温模拟实验报告本次实验是利用实验室提供的装置模拟冷却塔在实际工作中的进出水温度变化情况。
实验过程中，我们按照实验操作规程，通过改变进水流量、放开溢流口、调节加热器功率等方法模拟不同的工作条件，观察并记录出水温度的变化情况。
首先，我们将进水流量调节至1.2L/min，该流量下冷却塔的出水温度约为40℃，出水流量为1.2L/min，水的温度并没有急剧变化，说明冷却效果不错，可以满足一般的工作需求。
接着，我们将进水流量逐渐增加，观察出水温度的变化情况。
当进水流量达到2.0L/min时，出水温度明显下降至32℃左右，这说明进水流量对冷却效果有着较大的影响，需要根据实际情况进行合理的调节。
其次，我们放开溢流口，观察出水温度的变化情况。
在水位没有上升到溢流口的位置时，出水温度基本不变，这说明当水量在容器内没有急剧变化时，进出水温度也不会发生明显的变化。
当水位上升到溢流口位置时，出水温度迅速下降，说明溢流口起到了调节水位的作用，并通过这种方式影响冷却效果。
最后，我们调节加热器功率，观察出水温度的变化情况。
在加热器功率较低的情况下，出水温度上升缓慢，说明加热器较为稳定。
但当加热器功率调节至较高的水平时，出水温度上升迅速，并可能出现过热的情况，这提示我们需要合理调节加热器功率，以避免出现不良的冷却效果或其他安全隐患。
总的来说，本次实验通过模拟不同的工作条件，观察与记录出水温度的变化情况，为工程师在实际工作中调节控制参数提供了一定的参考依据。
在实际应用中，需要根据具体情况加以综合考虑，选择合适的参数，以达到最佳的冷却效果。
超大型高位集水冷却塔的三维数值模拟研究
超大型高位集水冷却塔的三维数值模拟研究高德申;郭富民;宋小军【摘要】Since the advantage of cooling tower with water collectors devices is obvious at high performance,energy conservation and low noise,this type of cooling tower has been widely used in fire and thermal power plant.This paper focuses on tower performance by CFD,while establishing thermal and aerodynamic characteristics of three dimensional numerical model about the tower.The numerical simulation results show that:(1) Although the cooled water-collectors increase flow resistance,but this increment is significantly less than the decrease of resistance of rain zone.(2) The ventilation quantity of the tower with cooled water collectors is larger than that of conventional tower in the same situation.(3) The cooling efficiency of the tower with cooled water collectors is superior to the conventional tower.%高位集水冷却塔具有高效、节能、低噪等优势,在火、核电厂中具有较好的应用业绩.本文采用CFD数值模拟的手段,对某超大型高位集水冷却塔的热力特性以及空气动力特性进行了数值模拟研究.计算结果表明:集水装置的增加对冷却塔形成阻力,但其增加程度要明显小于雨区阻力的减小量;在相同条件下,与常规塔相比,高位集水冷却塔的通风量较大;高位集水冷却塔的冷却性能优于常规塔.【期刊名称】《中国水利水电科学研究院学报》【年(卷),期】2017(015)006【总页数】6页(P449-454)【关键词】集水装置;离散相模型;传热传质模型;阻力系数【作者】高德申;郭富民;宋小军【作者单位】山东电力工程咨询院有限公司,山东济南250013;山东电力工程咨询院有限公司,山东济南250013;中国水利水电科学研究院,北京 100038【正文语种】中文【中图分类】TQ051.51 研究背景高位集水冷却塔出现于20世纪80年代法国1300MW核电机组，因其具有高效、节能、低噪等明显优势，经过多方面比较是一种新型节能冷却塔［1-2］。
机械通风冷却塔回流率数值模拟计算及分析
机械通风冷却塔回流率数值模拟计算及分析摘要：0 前言在很多工程中，循环冷却水量较大，冷却塔数量较多，冷却塔不得不成组布置，这将引起湿空气回流，冷却塔的出水温度升高[1]。
如果在冷却塔的设计计算过程中没有考虑回流对冷却塔冷却性能产生的影响，往往造成设计工况偏离实际工况较大。
对于大型冷却塔塔群的影响，尤为明显。
故大型冷却塔塔群的回流与干扰影响的修正，宜通过流场数字模拟实验确定[2]。
1 工程概况工程厂址所在区域属干湿季明显的热带气候区。
干季始于5或6月，持续约6个月到10或11月结束，其余为湿季。
厂址处多年平均降水量为2556mm，多年平均降水日数为202天。
多年平均气温为26.7℃，最冷月为12月和1月，5月到9月为最热月。
10%气象条件：根据气象站最近5年最热三个月逐日数据统计10%气象条件：湿球温度26.4℃，相应干球温度28.3℃，气压1008.9hPa，风速1.0m/s，相对湿度88%。
设计风速：根据气象站提供的风速资料，经综合分析：五十年一遇10m高设计风速按23m/s，相应风压0.35kN/m2；百年一遇10m高设计风速按25m/s，相应风压0.4kN/m2。
2 数学模型的建立本工程年主导风向为西北风，因此以西北风为例计算分析塔排布置热风回流及干扰的影响。
4组机力通风塔布置位置如图2-1所示，由图可知：1组机力塔由4个单元组成，其中第二个单元和第三个单元之间存在0.6m的结构缝隙。
同排相邻两组冷却塔间距Ld设计为4m。
平行布置相邻塔排间距B=60m。
针对图2-1所示机力通风塔塔排建立三维几何模型如图2-2所示。
所建几何模型充分考虑了塔排布置所存在的结构间隙等。
针对所建机力通风冷却塔几何模型的计算域进行网格划分，经网格无关性分析，确定网格总数为175万的网格系统可给出网格无关解。
所采用的湿式冷却塔传热传质模型，已经数十座冷却塔数据验证。
图2-1 全厂平面布置图图2-2 机力通风塔塔排几何模型3 计算结果及分析3.1现有布置方式热风回流及干扰影响（回流率）以年均设计工况为例，计算分析本工程现有布置方式热风回流及干扰的影响。
密闭式冷却塔冷却过程的换热分析与计算机仿真
由下式确定 :
hw = 980 (1 + 0. 016 tf)
Γ
1/ 3
Do
(12)
上式的实验范围为
:1.
398
<
Γ
Do
<
3.
056
, 0.
694
<
Gmax < 5. 278 。式中 : tf 为喷淋水的液膜温度 ( ℃) ,
取密闭式冷却塔管内流体和喷淋水温度的平均值 ;
Γ为单位宽度喷淋水量 (kg/ (m·s) ) 。
对于光滑管内受迫流动换热 ,按迪图斯2贝尔 特公式[4 ]计算 :
N ui = 0. 023 Rei0. 8 Pri0. 3 (11) 其适用范围可参阅文献[ 4 ] 。 1. 2. 3 管外喷淋水与管外表面之间对流换热系数
根据文献[ 5 ] ,对于如图 3 所示的密闭式冷却 塔的换热盘管与管外喷淋水之间的对流换热系数
密闭式冷却塔是由盘管 、风机 、管道泵 、喷嘴 、 排管 、挡水板等部分组成 ,其典型结构与工艺流程 见图 1 。从工艺设备或冷凝器等出来的温度较高 的水 ,由冷却水泵加压输送到密闭式冷却塔的冷却 盘管中 ,利用管道泵将冷却塔底池中的循环水抽吸
到换热管束上方的喷淋水分配器中 ,通过喷淋水分 配器将水喷淋到冷却盘管外表面 ,使管外表面形成 连续均匀的薄水膜 ,喷淋水膜吸收盘管内冷却水的 大量热量迅速蒸发 ,使冷却水的温度降低 。与此同 时 ,安装在挡水板上面的风机抽吸空气自下而上流 动 ,横掠水平放置的光管管束 ,既可以强化冷却盘 管外表面的放热 ,而且还可以及时带走蒸发形成的 水蒸气 ,以加速水分的蒸发 ,提高冷却效果[2 ] 。
i
3 1
)
(9)
冷却塔冷却能力建模与分析
冷却塔冷却能力建模与分析作者：王钊严少刚来源：《工业技术创新》2019年第04期摘; ;要：冷却水系统中对冷却塔采用的速率模型和平衡级模型，是对冷却塔冷却的传热和传质能力进行分析的基础。
通过对某石油化工企业冷却塔的速率模型进行分析发现：在冷却塔底部7 m到0 m区间，空气温度均低于冷却水温度，传热温差从2.2℃逐步降低至0.4℃，空气分压均低于冷却水饱和蒸气压，传质推动力在0.624～0.927 kPa范围内先降低后增大，表明提高传热温差和传质推动力均有利于降低冷却水温度。
通过平衡级模型分析发现：当风量在242 726～600 000 Nm3/h范围内时，冷却效率随着风量的提高而显著上升;当湿球温度在8～30℃范围内、干球温度在20～40℃范围内时，温度越高，冷却效率越低;当传质效率在0.3～1范围内时，传质效率越高，冷却效率越高;当进水温度在35～40℃范围内时，温度越高，冷却优势越明显。
建模和分析过程阐明了冷却塔内传热传质机理及风量、干球温度、湿球温度对冷却塔冷却能力的影响，对冷却塔节能优化工作有借鉴作用。
关键词：冷却塔;速率模型;平衡级模型;传热传质;石油化工中图分类号：TQ025 ; 文献标识码：A; ; ; 文章编号：2095-8412 （2019） 04-079-07工业技术创新 URL： http： //; ; DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2019.04.015引言冷却水系统作为石油化工企业的重要公用配套系统，其运行效果对石油化工装备能否可靠、稳定运行具有重要影响。
冷却塔是冷却水系统的重要组成部分，其功能主要是降低冷却水溫度、恢复冷却水系统制冷能力，为生产工艺的平稳运行提供保障。
在冷却塔传热传质机理方面，相关研究者提出了获得传热传质系数的方法。
Merkel[1]提出了冷却塔内传热传质机理，为后续的研究奠定了理论基础。
Parker和Treybal[2]提出了首套逆流冷却塔的设计方法，利用Lewis因子推导出空气与水膜界面处传热系数与传质系数的关系式，并在模拟计算时提出如下三点假设：1）Lewis因子为1;2）饱和湿空气的焓值与空气—水膜界面处的水膜温度呈线性关系;3）忽略喷淋水蒸发量。
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冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究
冷却塔是一种常见的工业设备，采用水的喷淋来降低空气温度，达到冷却的目的。
其中，传热与流动特性是影响冷却效果的重要参数。
本文将介绍针对冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究。
一、背景介绍
随着现代工业的发展，冷却塔的应用范围越来越广泛。
传统的机械实验方法对
于冷却塔传热与流动特性的研究，存在成本高、时间长、数据难以获取等问题。
因此，数值模拟成为一种有效的研究方法，能够快速预测冷却塔的热力学性能，优化设计方案，提高设备运行效率。
二、数值模拟方法
数值模拟方法是近年来快速发展的技术之一，通过计算机仿真模拟物理过程，
得出数值结果，目前的CFD技术非常适用。
CFD技术是基于流体力学理论的数值
计算方法，其中涉及到物理模型、数值算法以及计算边界条件等多方面内容，接下来将对上述三点进行详细介绍。
1.物理模型
物理模型是数值模拟的重要组成部分，它涉及到对实际工程问题的理解和把握。
在冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究中，对物理模型的要求包括：准确反映冷却塔的结构特点，考虑多物理场耦合作用（如湍流、传热、质量输运等），给出合适的边界条件。
2. 数值算法
数值算法是数值模拟的核心部分，直接影响到计算的精度和速度，目前，常用
的数值算法有有限体积法、有限元素法、谱元法等。
在冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究中，介绍有限体积法的应用实例。
由于冷却塔流场的非线性和三维特性，
需采用NS方程组（Navier-Stokes Equation）描述其湍流流动和传热，同时考虑相
变特性，将传热过程转化为蒸发和冷凝过程。
3. 计算边界条件
边界条件是指在计算域边界上给出的物理量的数值，例如速度、温度、压力、
密度等。
在冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究中，需给出正确的边界条件，如风速、空气温度、水喷淋流量等，以保证计算结果的可靠性。
三、数值模拟应用实例
以某水电站冷却塔为例，利用CFD软件建立三维流场模型，考虑多相流流动
和传热特性。
在计算所得结果中，液膜厚度、水分布状况、气体流速、冷却效果等均可得到分析。
同时，在模型参数的调整过程中，可优化冷却塔的结构设计，以提高其热力学性能。
四、研究前景分析
数值模拟技术的广泛应用，为冷却塔传热与流动特性的研究提供了一条新的途径。
未来随着CFD技术的不断发展，数值模拟结果的准确性将得到不断提升，同
时应用范围也将得到进一步拓展。
据此，可以预计数值模拟技术将成为冷却塔传热与流动特性研究的重要手段。
五、结论
冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究，是目前工业界热点问题。
数值模拟方
法在冷却塔的结构设计、优化改进等方面发挥着重要的作用，具有良好的应用前景。
因此，针对冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究值得进一步探讨。