冷却塔计算基本理论
冷却塔计算基本理论
杨烽 easthorse.net yf@easthorse.net
杜成琪 华东电力设计院 dcq@ecepdi.com
冷却塔理论研究的是水和空气两相间同时发生的热质传递过程,冷却塔计算包括热
力
计算和空气动力计算。
热力计算
冷却塔计算涉及热力学、传热传质学和空气动力学理论以及水、蒸汽和空气的许多
热
物理特性,附表总括了本文所使用的符号系统,如无特别说明,不再另述。
图一显示了水和空气之间的热质传递过程,设定0oC 时水的焓值及干空气的焓值为
零,在图一取微控制体dV,根据质量守恒和能量守恒定律,我们可以得到以下关系
式:
δ
mw = madx = βxv(x”-x)dV (1)
δ
h = madh = α(t-θ)dV + hvβxv(x”-x)dV (2)
其中hv 是温度为t 时的蒸汽焓值,可以表示为hfg,0+cp,vt。比较麻烦的是上式有α和
β
xv
两个传递系数,为此引入对流Lewis 数Lec:
xv x
c
c Le ⋅
=
βα
其中 cx= (ca + xcv)
θ
代入(2)式并整理得到:
madh=βxv(h”-h +(Lec-1)cx(t-θ))dV (3)
mw1, t
1
mw2, t2 ma, h1, x
1
ma, h2, x
2
水
空气
dV
δ
m
w
δ
h
mw-dm
w
t-dt
mw, t
h, x
h +dh, x+dx
图一 热质传递过程示意图
其中h”和h 分别为温度t 时的水面饱和蒸汽焓和温度为θ及湿度为x 的空气焓:
h” = cat+(hfg,0+cvt)x”
h = caθ+(hfg,0+cvθ)x
在(3)式中取Lec=1 可以得到:
madh=βxv(h”-h)dV (4)
这就是有名的麦克尔(Merkel)方程,是冷却塔热力计算的基础。 综合以上,我们
可以得
到一组微分方程:
dmw =(x”-x)βxvdV
d(cwmwt)=(h”-h) βxvdV
madx=(x”-x) βxvdV
madh=(h”-h) βxvdV
经整理后可得到一组常微分方程组:
m ( h" h C t( x" x ))
C m ( x" x )
dt
dx
a w
w w
− − −
−
=
m ( h" h C t( x" x ))
C m ( h" h )
dt
dh
a w
w w
− − −
−
=
h" h C t( x" x )
C m ( x" x )
dt
dm
w
w w w
− − −
−
=
h" h C t( x" x )
C m
dt
d(β V )
w
xv w w
− − −
=
在已知进口空气状态、进出口水温、进水量或出水量的情况下,可以用数值法(如
Runge-Kutta 法、Adams 法或Gear 法) 求解上述微分方程组,在获得βxvV 的累积
值后,再除
以填料总体积就可以得到βxv 的平均值。
此外,还可以得到填料特性数N,其定义为:
w w
xv
C m
N = β V
作者已根据上述微分方程组编制了求解填料特性的计算机程序,算例如下:大气压
力
100400 帕,干球温度30℃,湿球温度27℃,空气流速1.5 m/s,进水温度43℃,出
水温
度33℃,淋水密度每平方米10 吨/小时,由程序求得的填料特性数为:1.418。
在实际应用中,通常利用工业塔实测或模拟塔试验得到不同工况下塔的运行数据,
整
理出有关N和βxv 的填料特性方程:
N=Cλm 和 βxv=Cqmg
n
对于一个特定的冷却塔设计任务,水量、进出水温度和气象参数给定,假定不同的
气
水比,就可以得出一个冷却数 N 对应于气水比 λ 的方程: N = f(λ) 这个方程
与填料
特性方程的交点便是所要求的气水比(图二)
N=f(λ) N=Cλ
m
λ
N
图二 冷却数和填料特性关系
空气动力计算
在机力通风情形下,冷却塔里空气动力来自风机。在自然通风情形下,空气动力来
自
冷却塔内外的空气密度差。不管是那种情形,在稳定状态下空气通过冷却塔各部件
的压降总
和必须和抽力相等。对于机力通风冷却塔,可以作总阻力曲线,然后对照风机特性
曲线求得
对应风量(图三)。
自然通风冷却塔则要麻烦得多。自然塔的抽力来自塔进口和塔出口的空气密度差,
但
是出口空气密度取决于热力计算结果,因此空气动力计算必须和热力计算结合在一
起,通过
试算才能得到塔出口空气状态。
风机特性 阻力曲线
阻力
风量
图三 风机特性和塔总阻力关系
附表:符号说明
符号 说明 单位
A 面积 m
2
c 等压比热 kJ/kg K
g 干空气质量流率 t/m2h
h 焓 kJ/kg
hfg 水的蒸发焓 kJ/kg
K 热量修正系数
Lec 对流Lewis 数
m 质量流率 kg/h
P 压力 Pa
q 淋水密度 t/h m2h
t 水温 K
v 速度 m/s
V 体积 m
3
x 绝对含湿量 kg/kg
α 传热系数 kJ/Km2h
β 传质系数 kg/m2 h
ϕ 相对湿度
λ 气水比
γ 比重 kg/m
3
ρ 密度 kg/m
3
θ 干球温度 K
τ 湿球温度 K
上标:
” 饱和状态
下标:
a 干空气
v 水蒸汽
w 水
x 基于干空气混合空气
1 进口
2 出口
__
冷却塔损失量计算
冷却塔的工作原理:冷却塔是利用水和空气的接触,通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备。
基本原理是:干燥(低焓值)的空气经过风机的抽动后,自进风网处进入冷却塔内;饱和蒸汽分压力大的高温水分子向压力低的空气流动,湿热(高焓值)的水自播水系统洒入塔内。
当水滴和空气接触时,一方面由于空气与水的直接传热,另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差,在压力的作用下产生蒸发现象,带到目前为走蒸发潜热,将水中的热量带走即蒸发传热,从而达到降温之目的。
冷却塔的工作过程:圆形逆流式冷却塔的工作过程为例:热水自主机房通过水泵以一定的压力经过管道、横喉、曲喉、中心喉将循环水压至冷却塔的播水系统内,通过播水管上的小孔将水均匀地播洒在填料上面;干燥的低晗值的空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内,热水流经填料表面时形成水膜和空气进行热交换,高湿度高晗值的热风从顶部抽出,冷却水滴入底盆内,经出水管流入主机。
一般情况下,进入塔内的空气、是干燥低湿球温度的空气,水和空气之间明显存在着水分子的浓度差和动能压力差,当风机运行时,在塔内静压的作用下,水分子不断地向空气中蒸发,成为水蒸气分子,剩余的水分子的平均动能便会降低,从而使循环水的温度下降。
从以上分析可以看出,蒸发降温与空气的温度(通常说的干球温度)低于或高于水温无关,只要水分子能不断地向空气中蒸发,水温就会降低。
但是,水向空气中的蒸发不会无休止地进行下去。
当与水接触的空气不饱和时,水分子不断地向空气中蒸发,但当水气接触面上的空气达到饱和时,水分子就蒸发不出去,而是处于一种动平衡状态。
蒸发出去的水分子数量等于从空气中返回到水中的水分子的数量,水温保持不变。
由此可以看出,与水接触的空气越干燥,蒸发就越容易进行,水温就容易降低。
冷却塔的分类:一、按通风方式分有自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔。
二、按热水和空气的接触方式分有湿式冷却塔、干式冷却塔、干湿式冷却塔。
冷却塔流量计算
冷却塔流量计算冷却塔流量计算是工业生产过程中常用的一种计算方法,用于确定冷却塔的冷却效果和水流量。
冷却塔是一种常见的工业设备,用于将热水通过蒸发散热的方式使其温度降低,以达到冷却的目的。
冷却塔流量计算是为了确定冷却塔的水流量,从而能够准确控制冷却塔的冷却效果。
冷却塔的冷却效果与水流量有着密切的关系。
当冷却塔的水流量过大时,热水在冷却塔内停留的时间较短,无法充分蒸发散热,导致冷却效果不佳;而当水流量过小时,冷却塔内的水停留时间过长,容易造成水的积聚和污染,同样也无法达到良好的冷却效果。
因此,准确计算冷却塔的流量对于确保冷却效果的稳定和可靠至关重要。
冷却塔流量计算的方法主要有两种,一种是通过测量进出水口的水流速度和截面积来计算流量;另一种是通过测量进出水口的压力差来计算流量。
这两种方法各有优劣,根据实际情况选择合适的方法进行计算。
在第一种方法中,通过测量进出水口的水流速度和截面积来计算流量。
首先需要确定进出水口的截面积,可以通过测量水管的直径和长度来计算,或者直接使用已知的数据。
然后使用流速计测量进出水口的水流速度,将测量结果代入流量计算公式中即可得到冷却塔的流量。
在第二种方法中,通过测量进出水口的压力差来计算流量。
首先需要使用压力计分别测量进出水口的压力,然后计算压力差。
接下来,根据冷却塔的特性曲线,将压力差对应的流量读取出来,即可得到冷却塔的流量。
除了以上两种方法外,还可以使用其他的计算方法来确定冷却塔的流量。
例如,可以通过测量冷却塔的出水温度和进水温度的差值,以及进出水口的水流速度等参数,通过热力学计算方法来确定冷却塔的流量。
冷却塔流量计算是工业生产过程中的一项重要工作,对于保证冷却效果的稳定和可靠具有重要意义。
通过准确计算冷却塔的流量,可以提高冷却效率,节约能源,减少生产成本。
因此,在实际应用中,需要根据具体情况选择合适的方法进行计算,并进行有效的监测和调整,以确保冷却塔的正常运行和优良的冷却效果。
冷却塔设计选型与计算,收藏
冷却塔设计选型与计算,收藏一、关于冷却塔冷却塔是利用空气同水的接触(直接或间接)来冷却水的设备。
是以水为循环冷却剂,从一个系统中汲取热量并排放至大气中,从而降低塔内温度,制造冷却水可循环使用的设备。
冷却塔的结构构成及功能:支架和塔体:外部支撑;填料:为水和空气供给尽可能大的换热面积;冷却水槽:位于冷却塔底部,接收冷却水;收水器:回收空气流带走的水滴;进风口:冷却塔空气入口;百叶窗:平均进气气流,保留塔内水分;淋水装置:将冷却水喷出;风机:向冷却塔内送风;轴流风扇用于诱导通风冷却塔;轴流/离心风扇用于强制通风冷却塔。
二、冷却塔的选型与计算01选型须知1、请注明冷却塔选用的实在型号,或每小时处理的流量。
2、冷却塔进塔温度和出塔水温。
3、请说明给什么设备降温、现场是否有循环水池,现场安装条件如何。
4、若需要备品备件及其他配件,有无其他要求等请注明。
5、特别条件使用请说明使用环境和实在情况,以便选择适当的冷却塔型号。
6、特别情况、型号订货时请标明,以双方合同、技术协议商定专门进行设计。
冷却塔认真选型:1、首先要确定冷却塔进水温度,从而选择标准型冷却塔、中温型冷却塔还是高温型冷却塔。
2、确定使用设备或者可以依照现场情况对噪声的要求,可以选择横流式冷却塔或者逆流式冷却塔。
3、依据冷水机组或者制冷机的冷却水量进行选择冷却塔流量,一般来讲冷却塔流量要大于制冷机的冷却水量。
(一般取1.2—1.25倍)。
4、多台并联时尽量选择同一型号冷却塔。
其次,冷却塔选型时要注意:1、冷却塔的塔体结构材料要稳定、经久耐用、耐腐蚀,组装搭配精准明确。
2、配水均匀、壁流较少、喷溅装置选用合理,不易堵塞。
3、冷却塔淋水填料的型式符合水质、水温要求。
4、风机匹配,能够保证长期正常运行,无振动和异常噪声,而且叶片耐水侵蚀性好并有充足的强度。
风机叶片安装角度可调,但要保证角度一致,且电机的电流不超过电机的额定电流。
5、电耗低、造价低,中小型钢骨架玻璃冷却塔还要求质量轻。
冷却塔的设计与计算
冷却塔的设计与计算冷却塔是一种用于降温的设备,主要用于工业生产中的热量排放以及空调系统中的冷却。
它通过水和空气之间的传热来实现降温效果。
在设计和计算冷却塔时,应注意以下几个方面。
首先是冷却塔的设计参数。
这些参数包括冷却塔的高度、直径、填料类型和填料高度。
这些参数的选择取决于需要处理的冷却负荷以及水和空气流量。
根据实际情况,冷却塔的高度一般在10米到30米之间,直径一般在3米到10米之间。
填料类型和填料高度影响冷却效率,常用的填料材料包括塑料、木材和金属。
其次是冷却塔的水流和空气流动模式。
冷却塔可以采用不同的流动模式,如逆流、交流和异流模式。
逆流模式是最常见的模式,水和空气在相反方向流动。
交流模式是水和空气在相同方向流动。
异流模式是水和空气在不同方向流动。
选择合适的流动模式可以提高冷却效率。
第三是冷却塔的传热计算。
冷却塔的传热主要是通过水和空气之间的对流、辐射和蒸发传热来实现的。
对流传热是指水经过填料后与空气产生传热,辐射传热是指塔体表面的热辐射与空气产生传热,蒸发传热是指水在冷却塔内蒸发时与空气产生传热。
根据这些传热方式,可以建立传热模型进行传热计算,以确定冷却塔设计的热负荷和传热效率。
最后是冷却塔的风阻计算。
冷却塔在运行过程中会产生一定的风阻,这会影响冷却效果。
计算风阻可以根据空气的流体力学原理来进行。
主要考虑到填料的压降、冷却塔的构造和风机的效率。
通过风阻计算可以确定合适的风机功率和风阻损失,以保证冷却塔的正常运行。
以上是冷却塔设计与计算的基本要点。
在实际应用中,还需要考虑到冷却水质量的要求、冷却塔的防腐蚀措施以及与其他系统的配合等方面。
通过合理的设计和计算,可以实现冷却塔的高效运行,达到降温的目的。
冷却塔的热力计算
冷却塔的热力计算冷却塔是一种用于降低流体温度的设备,广泛应用于石油化工、电力、空调等行业。
其基本原理是通过风和水的热交换来降低水的温度,以实现对流体的冷却。
首先,进行冷却塔热力计算时需要确定进出口流体的温度差,即冷却塔进口水温和出口水温的差值。
该温度差是衡量冷却效果的主要指标之一、通常情况下,冷却塔的设计师会根据具体需求和设备参数来确定这个温度差。
其次,需要确定进出口流体的流量。
流量是冷却效果的另一个重要指标,它直接影响到热负荷的大小。
通常情况下,冷却塔的设计师会根据设备和系统的需求来确定流量。
接下来,需要确定冷却塔的换热特性。
冷却塔的换热特性是指冷却塔的热传导效果。
在冷却塔的设计中,通常会采用一些换热器,如填料、喷淋装置等,来提高冷却效果。
根据填料的形状、材料和布置方式等因素,可以计算出冷却塔的换热特性。
在进行热力计算时,还需要考虑环境因素。
冷却塔通常通过与周围环境空气的接触来实现热交换。
因此,环境温度、湿度和风速等因素都会对冷却效果产生影响。
一般情况下,冷却塔的设计师会通过考虑这些因素来确定冷却塔的热力计算参数。
最后,通过以上参数的计算,可以得到冷却塔的热力计算结果。
这些结果包括冷却塔的热效率、冷却塔的工作量和冷却塔的能效比等。
根据这些结果,可以评估冷却塔的工作状态和性能,并进行必要的调整和优化。
冷却塔的热力计算是冷却塔设计和使用过程中的重要环节。
只有正确地进行热力计算,才能确保冷却塔的正常运行和达到预期的效果。
在实际应用中,还需要结合其他因素,如材料选择、环保要求等,进行综合考虑,以满足具体需求。
总之,冷却塔的热力计算是一项复杂而重要的任务。
合理的热力计算结果可以有效地指导冷却塔的设计和使用,提高冷却效果,降低能耗,并确保冷却塔的安全运行。
冷却塔风机风量计算
冷却塔风机风量计算温馨提示:该文档是小主精心编写而成的,如果您对该文档有需求,可以对它进行下载,希望它能够帮助您解决您的实际问题。
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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t 1冷却到t 2,或者冷却△t =t 1-t 2。
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α,散质系数v β,以及湿空气的比热c ,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。
()dV h h dH t xv q 0"-=β (1)式中:q dH —— 水散出热量;xv β —— 以含湿差为基准的容积散质系数()[]kg kg s m kg //3⋅⋅ ;"t h —— 温度为水温t 时饱和空气比焓 (kg kJ /); 0h —— 空气比焓 (kg kJ /)。
将式(1)代入冷却塔内热平衡方程:n w w q tdQ c Qdt c dH += (2)式中:q dH —— 水散出热量;w c —— 水的比热()[]C /J o ⋅kg k ;Q —— 冷却水量 (s /g k ); u Q —— 蒸发水量 (s /g k ) t —— 水温度 (℃)并引入系数K :m w u m u w r tc Q r t Q c K 2211-=-=式中 m r ——塔内平均汽化热(kg kJ /)经整理,并积分后,可得冷却塔热力计算的基本方程式:⎰-=120"t t t wxv h h dt c Q vK β (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'Ω表示,即:Q VK xv β=Ω'(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'Ω表示,也即:⎰-=Ω120"t t t w h h dt c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。
冷却塔计算_
••••••••••••••当前位置:›冷却塔计算冷却塔计算冷却塔设计计算参考方法本文简述了冷却塔、冷却塔的选型,校核计算,模拟计算方法等,供大家参考。
一、简述如上图,冷却塔放于层间,运行时冷却塔进/排风大致可分为6个区间(图中箭头表示风向,其长度表示风量大小);它们分别是:a 区——冷却塔在A轴方向的主要进风面,该处装有1250mm高百叶3层。
b1/b2——冷却塔入风回流区,在这两个区很可能出现负压;回流在b2区会较多出现。
c 区——冷却塔高速排风区。
d 区——冷却塔在1/A轴方向通风区,该区为负压区,风速较a 区高,且以乱流出现居多。
e 区——热风扩散区;冷却塔排风经过一段距离(冷却塔排风口到建筑顶部百叶约4000mm)后,动压明显下降,静压上升,该区属正压区,其间大部分热风经建筑顶部百叶排入大气,少部分弥散后排风受阻会滞留一段时间,但,由于上下(e 区~b区)空间随机存在着压差,使得部分e区弥散的热风回流。
二、冷却塔的选型1、设计条件温度:38℃进水,32℃出水,27.9℃湿球;水量:1430M3/H;水质:自来水;耗电比:≤60Kw/台,≤0.04Kw/M3·h,场地:23750mm×5750mm;通风状况:一般。
2、冷却塔选型符合以上条件的冷却塔为:LRCM-H-200SC8×1台。
(冷却塔[设计基准]37-32-28℃,此条件下冷却塔处理水量为名义处理水量)其中,LRC表示良机方形低噪声冷却塔,M表示大陆性气候适用,H表示加高型,200表示冷却塔单元名义处理水量200M3/H,S表示该机型区别于一般冷却塔,C8表示该塔共由8个单元并联组合而成,即名义处理总水量为1600M3/H。
冷却塔的外观尺寸为:22630×3980×4130。
冷却塔配电功率:7.5Kw×8=60Kw,耗电比为60÷1600=0.0375Kw/M3·h。
完整版)冷却塔选型计算
完整版)冷却塔选型计算
计算冷却塔的水流量需要考虑乘以同时使用系数后的总冷负荷和机组中压缩机耗电量,同时还需要考虑冷却水进出水温差,一般取4.5-5℃。
冷却塔的水流量还需要乘以1.2-1.5的系数来得到冷却塔的水量。
冷却塔的能力大多数为标准工况下的出力,湿球温度为28℃,冷水进出温度为32℃/37℃。
但是由于地区差异,夏季湿球温度会不同,应根据厂家样册提供的曲线进行修正。
湿球温度可以查当地气象参数获得。
冷却塔与周围障碍物的距离应为一个塔高。
冷却塔的冷却能力计算需要考虑冷却塔风量、冷却塔入口空气焓值和冷却塔出口空气焓值。
冷却塔若做自控,进出水必须都设电动阀,否则单台对应控制时倒吸或溢水。
冷却水泵扬程的确定需要考虑冷却水系统阻力、冷却塔积水盘至布水器的高差和布水器所需压力。
冷却水管径选择需要考虑冷水机组额定流量和离心式清水泵的比转数ns在130~150之间。
冷却塔的噪音及处理方法需要根据不同类型进行考虑。
在计算水泵扬程时,可大致取每100米管长的沿程损失为
5mH2O。
冷却塔的选择需要考虑不同参数的匹配。
冷却塔计算公式
总补充水量
Q水补
m3/h
轴功率
P1
kw
水负荷
λ水
m3/m2h
气负荷 进水管径 出水管径
λ气 wi wo
m3/m2h mm mm
配水孔个数
n
风机间隙 全压
δ P0
mm Pa
动压 气水比 出风口风速
P动 μ V出
Pa
m3/s
6
减速比 容积散质系数 换热量
i βv K Kg/m h Kcal/h
3
Βv=18300 K=5000 Q水 Q水补=(δ+ε+0.01%) Q水 式中: δ—漂水损失系数,0.001% ε—蒸发损失系数,0.83% 0.01%—自然排空损失 P1=0.9P P—电机功率 λ水= Q水/2L1W1 式中:L1—填料总长度 H1—填料宽度 λ气= Q风/S进风 式中:S进风=进风面积 wi2>Q水/1800πI水 I水—进水管流速,2.35m/s Wo≈1.414wi n = Q水 / uf√2gh 式中:u—流量系数,0.67 f—开口面积,设A为开孔直径,则f=πA /4 h—配水深度,MK系列冷却塔配水池深度 为110mm δ=0.0075Φ P0=P动+P静 式中:P动—动压 P静—静压 P动=V出2/2g 式中:V出=出风口平均风速 μ=1.115Q风/Q水 V出=4Q风/nπΦ2
MK冷却塔设计部分计算公式
名称 水流量 代号 Q水 单位 m /h Q风=μγ水Q水/γ气 式中:μ—气水比 风量 Q风 m /h
3 3
计 算 公 式
γ气—空气在28℃时的比容, γ水—水的比容,1000kg/m3 V1=πΦv风机/60
1.115kg/m3ຫໍສະໝຸດ 风机末端线速度V1
