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－a的0.102673倍、0.406204倍、0.593796倍及0.897327倍。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－a的0.1倍，0.4倍，0.6倍及0.9倍。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p_a，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。

原创作者：江苏良一冷却设备有限公司