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: δmw = madx = βxv(x”-x)dV (1) δh = 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+cvt。比较麻烦的是上式有α和βxv两个传递系数,为此引入对流 Lewis 数 Lec: xxvccLe⋅= βα 其中 cx= ca + cvx 代入(2)式并整理得到: madh=βxv(h”-h +(Lec-1)cx(t-θ))dV (3) mw1, t1 mw2, t2 ma, h1, x1 ma, h2, x2 水空气 dV δmw δh mw-dmw 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: 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: ))"("()"(xxtChhmxxmCdtdxwaww−−−−= ))"("()"(xxtChhmhhmCdtdhwaww−−−−= )"(")"(xxtChhxxmCdtdmwwww−−−−= )"(")(βxvxxtChhmCdtVdwww−−−= 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: wxvmVβNwC= 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...