冷却塔模拟计算方法论_secret.doc

冷却塔模拟计算方法论冷却塔模拟计算方法论 作者：熊志平简介：简介： 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 关键字：关键字：冷却塔选型 模拟计算 冷却塔 一、简述一、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、冷却塔的选型二、冷却塔的选型1、设计条件、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、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三、校核计算三、校核计算1、已知条件：、已知条件：冷却塔 LRCM-H-200SC8 在 37-32-28℃温度条件下单元名义处理水量 L=200 M³/H；冷却塔风量 G=1690M³/min2、设计条件：、设计条件：热水温度：T1=38℃；冷水温度：T2=32℃；外气湿球温度：Tw=27.9℃；大气压：Pa=76mmHg；处理水量：L=179 M³/min；水气比：L/G=1.605；热负荷：Q=1074000Kcal/h；组合单元数：N=83、冷却塔特性值、冷却塔特性值依照 CTI 标准所给出的计算公式Ka·V/L=近似计算为Ka·V/L=×代入数据得，Ka·V/L=1.251。

其中当 Tx=T1-0.1×（T1-T2）时，dh1=（hw –ha）；当 Tx=T1-0.4×（T1-T2）时，dh2=（hw –ha）；当 Tx=T2+0.4×（T1-T2）时，dh3=（hw –ha）；当 Tx=T2+0.1×（T1-T2）时，dh4=（hw –ha）；水温度℃湿球温度℃T1 T2Tw38.037.435.634.432.632.027.9焓值35.86134.79231.76229.88027.24726.41621.307焓值单位为 Kcal/Kg随水气比的变化可得到以下数据：L/G1.1001.3001.5001.6051.7001.9002.10Ka·V/L0.9671.0581.1751.2511.3331.5661.963由上表数值可以求得冷却塔特性曲线，再按斜率 K=-0.6 交于设计点（见曲线图）4、冷却塔冷却能力比较、冷却塔冷却能力比较由上列数值绘出设计条件之特性曲线，然后由设计点（L/G， Ka·V/L）绘出水塔特性斜线与 37-32-28℃标准特性曲线相交得到 L’/G=1.769即，设计条件转换到 37-32-28℃标准条件下之当量水量L’=（L’/G）*G代入数据，L’=1.769×1690×60×1.1=197.3M³/h。

而 LRCM-H-200S 之名义处理水量 L=200 M³/h，可以满足设计条件5、结果、结果LRCM-H-200S 名义处理水量 200 M³/h 大于设计当量水量 197.3M³/h，所以，此机型能满足使用要求四、模拟运行计算四、模拟运行计算1、建立数学模型、建立数学模型冷却塔实际运行中，各参数的变化是很复杂的，无论何种形式，在表示其热工特性的重要参数上，有，以焓为基准的总容积传热系数（Ka·V/L）与填料的材质特性（Ka）、冷却塔的结构形式、淋水密度（L/Al）、水气比（L/G）、塔体断面通风风速或风负荷（G/Ag）……等诸多因素；再综合冷却塔的运行环境等因素，可以设定以下条件：1）冷却塔风机静压 Ps恒定；2）冷却塔循环水量 L 一定（此处不计偏差）；3）冷却塔热容量 Q 一定（按主机最大负荷计），且入水温度 t1为一定；4）冷却塔放置位置不变；5）冷却塔结构形式不变于是，可以知道变化的主要参数有：1）冷却塔风机的风量 G；2）冷却塔风机的出水温度 t2；3）环境湿球温度 tw；我们可以抽象出以下方法对冷却塔的实际运行进行简化模拟：A．对冷却塔 a 区进风冷却塔进风动力源于风机所产生的静压 Ps与塔体入风口静压 Pa之差Ps。

va=； …………①设定 A 轴百叶开启角度≤20°，再考虑塔体入风百叶影响，取=1.12B． 对冷却塔 d 区通风只有塔体入风百叶，取=1.05C．对冷却塔 b 区通风b1区靠 A 轴百叶仅 150mm 左右，通风量按它与进风口高度之百分比计约为 4%；b1区靠 1/A 轴距离约 1650mm 左右，通风量按它与进风口高度之百分比计约为 58%D．对冷却塔 c 区排风c 区为冷却塔高速排风区，在空间上，它近似于有限空间射流，射流的外形象橄榄…………②式中vx——射程 x 处的射流轴心速度；v0——射流出口处的初平均速度；x——出口至计算断面的距离；d0——送/排风口直径；a——送/排风口的紊流系数；上式是自由射流，它可以大致绘出射流的具体形状（如射程、最大射流断面）但，在受限空间，排风口的速度衰减估算一般采用下式…………⑶受限空间射流的压力场是不均匀的，各断面的静压随射程的增加而增加；同时，由于射流速度场的相似性，必然有温度场的相似性…………⑷此处简化计算为平均值式中，⊿Tx——射流 x 处与周围空气的温度差；⊿T0——射流出口处与周围空气的温度差E．对冷却塔 e 区滞留热空气射流上部受栅栏影响，部分空气流向分散；以及射流过程中排风热空气与周围空气进行热能与动量的交换，其结果导致周围空气温湿度升高，焓值升高的空气一部分上升，另一部分滞留于栅栏下部空间。

这两部分一起形成了 e 区的滞留热空气通过以上建模分析可知，此环境中运行的冷却塔要克服的问题是：b 区回流高温高湿空气；d 区负压值过大，风量可能不足；c 区滞留热空气2、参数估算、参数估算1）已知冷却塔入风口尺寸：7.45×2=14.9m²冷却风机直径：2000mm 冷却风机的总静压：110Pa冷却风机的名义风量：28.17 m³/s 塔体风阻力：90 Pa冷却塔设计处理水量：179m³/h冷却塔有效散水面积：6.1m²冷却塔填料容积：14.63m³冷却塔进水温度：38℃环境湿球温度：27.9℃A 轴百叶面积：≤11.25 m²易得，冷却塔水负荷(L/Al)：29.36 m³/ m²·h冷却塔填料特性值(Ka)：15306冷却塔出风口风速(v0)：8.98 m/s冷却塔出风口动压（Pv）：18.3PaA 轴百叶面通风风速：2.81 m/s（注：冷却塔基础墩高度 750mm）2）计算冷却塔通风遵循进出风量相等原则，可知，a 区通风量与 e 区排风量相等A．在 c~e 区，计算 e 区的静压与温度设从风机排出的空气与水热交换 100%，即排风口饱和湿空气焓ha2=ha1+L/G（T1-T2）…………⑸e 区排风动压 Pveve= v0× …………⑹当 x/d=2 时，ve=1.98m/s，即排风到达顶部栅栏时，动压基本转化为静压，Ps≈16.1Pa排风空气在此处静压呈正态分布，热风被排出。

e 区空气温度差⊿Te=（38-27.9）×=0.87℃说明 e 区排风（非饱和湿空气）与周围空气之温度比较接近e 区弥散的热空气的湿球温度近似为：twe=27.9+0.87=28.77℃B．在 b~d 区其中，冷却塔进风两侧，一面临 A 轴，一面临 1/A 轴假定，两面进风量相同，则冷却塔进风面风速约为 1.89 m/s，每面进风量约 14.08m³/s冷却塔进风临 A 轴侧，由于靠近百叶，所以风量视为足够；对临 1/A 轴侧，d 区可分上、下两部分通风，其中上部通风约 58%；同理，下部通风约 38%；即是说，由于下部通风量的不足，上部热风回流大部分弥补了 1/A 轴侧通风量的不足，同时也造成 d 区负压过大由式⑴，因为 G=V·A，冷却塔通风面积一定所以，⊿Ps=代入数据，⊿Ps=×(1-0.8836) =0.3Pa超出的负压，使得 d 区通风恶化，上部热风更多从 b2 区流向 d 区，即实际上部通风量应为：58%+4%=62%，d 区上、下两部分空气混合而成 1/A 侧冷却塔的进风，混合后的湿球温度 tw’(A 轴空气湿球温度 tw=27.9℃)…………⑺代入数据，求得 hw’=21.94Kcal/kg按空调二类地区换算，可得混合后的空气湿球温度：tw’=28.3℃。

它说明 1/A 轴侧冷却塔的进风湿球温度要比 A 轴侧的高出 0.4℃按⑸式可以得出塔热空气的焓 h2：h2=21.307+1.605×(38-32)=30.937 Kcal/kg(注：如果按 38℃排风温度，出塔热空气的焓应为 35.848 Kcal/kg)依照上述结果推算，1/A 轴侧冷却水出水温度 T2’：T2’=38-=32.4℃到此，计算完成3）评述与结论以上结果是在抽象简化后计算得出，鉴于冷却塔在现场运行时情况更为复杂，例如，风机静压的影响，环境的蓄热量，分水均匀度，风叶片的安装角度等等，但，总的说来，冷却塔出水温度偏差应在0.4~0.7℃内五、可选改善方案与建议五、可选改善方案与建议1）可选改善方案为使冷却塔的运行效果更好，可在冷却塔的出风口加装 1500mm~2000 高的直立导风筒，以防排风动压下降过快同时，冷却塔在设计时充分考虑余量，以缓减环境湿球升高的影响2）建议由于冷却塔所在空间的空气湿度较大，所以建议作好建筑的防潮与防水工作。