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冷却塔干湿球温度理论
点击次数：1294 发布时间：2024/5/28 16:24:35
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干、湿球温度（θ和τ）是冷却塔设计的主要气象参数，它们是反映空气温度的物理参数。 
冷却塔湿球温度计的原理及相对湿度
1. 湿球温度计原理测θ和τ 的干、湿度温度计见图5-4 。干球温度θ是用一般温度计测得的（图5-4 中的左边一支）。而测湿球温度的温度计（图5-4 中的右边一支），它的水银球上包一层湿纱布（纱布的下端浸入在充水的容器之中），使空气与水不直接接触，测得的温度称为湿球温度，用τ表示，该温度实际上是在当地当时的气温条件下，水冷却所能达到的温度。
湿球温度计上的纱布在毛细管作用下，纱布表面吸收了一层水，在空气不饱和的情况下，这层表面的水不断蒸发，蒸发所需要的热量由水中取得，因而水温逐渐降低。这里存在着两种散热：一种是空气向水进行传导散热；另一种是水向空气进行蒸发散热，现分析在tf ＞ θ 时的水向空气传热。
空气向水的传导散热：设刚开始时，纱布上表面这层水的温度为t f ，空气温度为θ，开始时因tf ＞ θ ，水向空气传热，当tf下降后，在tf=θ 时，Hα =0 ，当tf再下降，到θ＞tf 时存在着θ-tf 的温度差，这个温度差是空气向水传导散热的推动力，这样，空气向纱布与空气的交界面传递热量，再通过纱布把空气的热量传给水。设水银球上盖的湿纱布面积为F ，传热系数为α，则空气向湿纱布交界面传递的热量为：α（θ-tf）F ，此值随tf 的下降而增加。同时纱布交界面的水也在不断地向空气传递热量，进行蒸发散热，使水温T不断下降，当纱布层水温T 降低到τ时（tf =τ＜ θ），水层的温度不再下降了，这时：水的蒸发散热=空气传递给水的热量，处于动态平衡状态。这时候纱布水层上的温度τ 称为湿球温度，这时空气向水层传递的热量达到临界值，即为α（θ-τ）F 。
那么这时候水层向空气蒸发散热量是多少呢？当纱布水层温度达到τ时（tf =τ＜ θ），水层交界面达到饱和蒸气，其饱和蒸气分压力为P ″τ ，而空气温度为θ时的蒸气分压力为Pθ ，P″τ ＞ Pθ ，它们的蒸气分压力差为（P ″τ -Pθ ），这个分压力差就是纱布水层继续向空气蒸发散热的推动力。就是说这时存在着空气向水进行传导散热的推动力是（θ-τ）的温度差；水向空气进行蒸发散热的推动力是（P ″τ -Pθ ）分压力差。
空气向水进行传导散热量为α（θ-τ）F ，而这时的蒸发散热量是多少？设水的汽化热为γ（kcal／kg ），γ=γ0 +0.47 ，汽化热γ0 =597.3kcal／kg 。设βp 为压差蒸发散热系数，代表单位蒸气压力下，单位面积上水汽蒸发量（kg／（m2·h·atm ））。那么水层温度降到τ时，纱布水层的蒸发散热量为：γβp （P ″τ -Pθ ）F ，因为这时空气向水的传导散热=水层向空气的蒸发散热，处于动态平衡状态，则得：
则可得空气中水蒸气的分压力Pθ 为：
通过实验得α／γβp =0.000662P ，代入式（5-41）得：
这就是面论述的式（5-20）的由来。
2. 测定湿球温度τ要注意的问题
（1）水银球必须被湿纱布覆盖：
（2）空气的速度（风速）必须要足够大，一般要求风速在3～5m／s 以上，这样周围环境传来的辐射热的影响可忽略不计，只存在空气传递来的热量对湿球温度τ的影响。
（3）补充水的水温应与湿球温度τ相等。
满足上述三条后，空气流速（风速）可以在较大范围内变化（即不一定要在3～5m／s之内），从而不影响湿球温度的测定值。
在现场实际测定时，把阿斯曼通风干、湿球温度计放在搭好的棚内（即要求通风而又不在太阳下），温度计应放在距地面210m 处，又要距冷却塔有一定的距离，防止冷却塔出来的湿空气凝结水滴的影响，但也不要太远。测定读数间隔时间为10～20min 一次。测点布置的数目，中小型冷却塔可布置2 个以上测点：大型冷却塔要求布置4 个以上测点，然后取各测点相加后的算术平均值。但一般玻璃钢冷却塔的测试往往都只布置一个测点。
3. 湿球温度对水蒸发散热冷却的意义。
湿球温度τ对水蒸发冷却的意义主要有以下两条：
（1）湿球温度τ代表当地当时的气温条件下，水可能被冷却的温度，即冷却塔出水温度t2 的理论限值（即在理论上冷却塔的出水温度t2 可达到τ的温度）。当要求冷却后的水温t2 越接近湿球温度时，冷却越困难，要使t2 接近于τ，则冷却塔的尺寸和体积会增加很多，就会大幅度地增加造价而很不经济。一般冷却塔的出水温度t2 等于或大于τ3～5 ℃（即t2 -τ≥ 3～5 ℃），（t 2 -τ）称为冷幅高，是衡量冷却塔冷却效果好与差的重要指标。上海地区设计的标准型（低温塔）冷却塔出水温度t2 =32 ℃，设计采用的τ为28 ℃，则t2 -τ=4 ℃。
（2）先简述一下绝热饱和温度θB 的概念。当空气温度θ不变时，湿空气焓i 和相对湿度均随含湿量X 的增加而增加，随X 的含量减少而减少。当含湿量X 增加到使湿空气达到饱和时，则湿空气就不再吸收水蒸气了，就是说拒绝吸收水中蒸发出来的散热量。这时空气中的水蒸气分压力从Pθ上升到P ″θ ， =1 ，X 和i 值都达到了临界值。这时的X 和θ 分别称为“饱和含湿量”和“饱和湿度”，而此时湿空气拒绝吸收水中蒸发的热量，故这时的“饱和温度”称为“绝热饱和温度”，用θB表示。
湿球温度τ与湿空气的绝热饱和温度θB在物理概念上是不同的，但湿球温度的数值与空气的绝热饱和温度的值是相等的，即τ=θB，这一性质使得水的冷却温度与空气的绝热饱和温度相等。在空气含热量计算图中（图5-3 ）与 =1 相交的温度θB就等于湿球温度τ，因此，冷却过程的理论分析，可以根据湿空气的焓湿图来进行。
冷却塔湿空气焓湿图的应用
湿空气中的相对湿度、含湿量X、含热量i 和温度t（θ）是4 项重要的热力学参数，其计算工作量大而且繁琐，除试验或实测得到之外，为计算方便，把 、X、i、t4 项的相互关系绘制成图5-5 ，利用图5-5 ，可根据已知的两项热力学参数，就可直接查出另两项，简化了计算工作。
如何应用图5-5 ，以图5-6 来加以说明，按图5-6 所示，已知温度t p 和相对湿度 =0.6，按t p 点垂直向上与 =0.6 曲线交于P 点，由P 点水平向右移动得含湿量X p ；由P点与i 线平行向左上角移动，得热焓i p 。焓湿图是冷却塔热力计算的基本图表，从焓湿图分析可以得出下列关系。
1. 当温度t 不变时，如图5-6 中BtB 线所示，热焓i 和相对湿度 均随含湿量X 的增减而增减，当相对湿度 =1 的临界值时，则X 与i 在该温度下也均达到临界值，这时X B及t B 分别称为饱和含湿量和饱和温度。
2. 当X 为常数时，如图5-6 中的BXB 线所示，i 随着t 的增减而增减，而 随着t 的降低而增加（即t 增加 减小），当t 降到 =1 的时候，空气达到饱和，即达到露点。这时的t 为小值。这就是面讲到的，在一定温度下，原来没有达到饱和的空气（即P q没有达到P ″q ），当温度下降到某一值时达到了饱和，使 =1 ，Pq =P ″q ；反过来，在一定温度下已达到饱和的空气，当温度升高后就不饱和了，可继续接受水蒸气。
3. 当i 为常数时，如图5-6 中的BC 线所示，这时湿空气的散热量与吸热量相等，热力学上称为绝对条件。这就是面讨论的“湿球温度（τ）的数值与空气的绝热饱和温度值相等”，当空气按绝热过程降低温度时（即沿BC 线移动），它与饱和线 =1 相交的温度tB 就等于湿球温度τ。从图中BC 线可见： 随X 的增加而增加，而t 随X 的增加而降低，当X 增加到XB 时， =1 ，即X 与 均达到了临界值，而t 降低到了tB ，即湿空气处于饱和状态，tB =τ， =1 ，X =XB 。
4. 当相对湿度不变时，t、x、i都是同时增加或同时减小。
原创作者：江苏良一冷却设备有限公司
