作为水循环系统的主要设施之一，冷却塔在工业生产中不可或缺，而淋水填料作为开式冷却塔内换热模块的核心部件，得到了人们广泛且深入的研究。研究方向可以概括为：(1)淋水填料的结构研究；(2)不同材质淋水填料对冷却塔冷却效率的影响研究；(3)结合计算机模拟研究淋水填料的冷却效率。

近年来，淋水填料的深入研究工作对冷却塔结构优化、冷却效率提高及使用年限延长有着积影响，进而对环境保护、水资源合理利用及能源节约方面有着重要意义。

淋水填料结构的研究进展

在淋水填料结构方面，为了适应不同结构和设计的冷却塔要求，已经出现了多种不同的淋水填料结构设计。根据循环冷却水流道的不同设计，淋水填料按其结构可以分为点滴式淋水填料、薄膜式淋水填料和点滴薄膜式淋水填料。其中，研究较多且较为普遍使用的为薄膜式淋水填料，根据其水流道设计不同可以分为斜交错式、S波式、台阶梯形斜波式和差位式正弦波等淋水填料。

S波填料属于薄膜式填料结构，是由S型结构水流通道组成，以延长循环水与空气接触时间和接触面积。该结构淋水填料应用十分广泛。一些家学者对其展开的研究包括：刘珊通过对冷却塔内空气和循环水逆向流动模型进行数值模拟研究，对比了S波、斜波和斜折波3种填料的冷却效率和阻力系数，研究结果表明，S波淋水填料结构冷却效率为0.437，是这3种结构中冷却效率高的，但其阻力系数也较大。对于S波填料阻力系数大的问题，王浩等设计了一种低阻尼S波淋水填料结构，通过增大S波结构使得水流通道和空气通道更加顺畅，有效降低了该结构的阻力系数。

斜交错淋水填料属于薄膜式填料结构，是由塑料薄膜组成不同角度且相互交错的水流通道。它具有水流阻力小、自重较小和冷却效率高等优点，我国斜交错填料冷却塔于1971年由北京市市政院等单位试制，经过试验和生产运行表明斜交错填料在冷却塔中具有冷却效果好、亲水性能强、通风阻力小和水-气接触面积大等优点，实验结果表明斜交错填料技术先进，适用于横流式、逆流式和横逆混流式等各种冷却塔。斜交错波纹填料片及淋水填料解决了逆流式冷却塔所用S波型和单斜波型两种填料片各自的缺点，S波由于气流堵塞而影响冷却效果，单斜波因为水膜厚度增加而影响冷却效果，设计的斜交错填料片具有换热性能高、通风阻力小和气流畅通的优点。

台阶梯形斜波淋水填料是于1990年由我国研究院研制而成的一种淋水填料，该种填料主要由聚乙烯和聚氯乙烯制成。该结构淋水填料横截面积一般为梯形台阶状，通过台阶结构延长了循环水在填料片表面停留时间，具有优良的散热速率。同时，梯形斜波的热力阻力、承载能力和单位体积重量等综合指标均不够理想，而由陈俊伟等设计的S型梯波淋水填料，平面形状似S型，通过调整淋水填料截面形状为其进一步增强了承载结构，降低了单位体积的淋水填料自重，在降低填料制造成本的提下提高了冷却效率和使用寿命。宗良等改进了填料的制造配方，有效提高了填料的刚度和强度。赵顺安等还提出了梯形组群淋水填料，主要涉及与电厂冷却塔配套使用的降温淋水填料板，比现有同规格尺寸的斜直波产品降低2.1℃至2.8℃，节能效果显著

不同材质淋水填料的研究进展

塑料填料作为行业中较为普遍的淋水填料，通常是由聚乙烯、聚氯乙烯及其改性高分子复合材料制成。其相比于金属、木材、竹材、水泥和陶瓷等材质淋水填料具有诸多优点，如自身重量小、生产安装方便、制造成本低、维护检修方便、耐腐蚀强、冷却性能高、使用寿命长、易加工成型和结构多样等。目在淋水填料市场上占比份额大，然而，在冷却塔内湿热的工作环境下，塑料淋水填料容易发生老化现象导致其结构强度、韧性和力学性能降低，影响冷却塔的冷却效率和工作周期。在环境温度降至零摄氏度以下后，由于部分循环水结冰会导致塑料淋水填料发生应力集中。淋水填料中循环水的结冰-融化过程会导致其结构遭到破坏，降低其使用寿命和冷却塔的冷却效率。为此，陈绍军等总结了高分子材料发生老化的外在因素主要有氧气、温度、湿度、光照、化学介质和生物介质等。对于高分子材料的预防老化措施主要为在高分子材料成型阶段加入抗氧化剂、增塑剂、光稳定剂、防霉剂和喷涂防水 薄膜等方式。

竹质填料相对于塑料填料来说，其上表面较为光滑洁净，水流阻力小，并且附着有一层硬质自然保护层，抗腐蚀能力强，还具有喜水、不怕冻融和韧性强等优点。但是，未加工的竹片是直面的，难以形成较大的淋水面积，因而只具有滴溅功能，循环水停留时间短，冷却效果差。鲁继平等发明的冷却塔用竹格淋水填料克服了这些不足，该竹材淋水填料的竹片截面呈弧形，弧面上开有惯通厚度的引流槽或孔，增大了淋水面积，具有了薄膜热交换功能。通过对竹格栅填料以及PVC填料的比较可以看出，虽然PVC填料的热工性能要好于竹格栅填料，但是竹格栅填料的能源效率和环境影响要更好

 

 

陶瓷填料具有防老化、不易发生几何变形、不易脆裂、抗腐蚀、抗酸抗碱性能强等特点，而且它的防冻性能特别好，就是初投资的成本较高，但是其使用寿命长，基本无需更换填料，进行维护维修的费用也比较低。Ramkrishnan等采用试验和数值预测相结合的方案研究了V型、弧长20mm和100mm弧形等3种陶瓷淋水填料结构对冷却效率的影响规律，试验及预测结果吻合度较好，皆表明具有较高的水膜面积和滞留时间的100mm弧长的弧形陶瓷淋水填料具有佳冷却效率。Kong等研究了一种名为“FGP-08”的正弦波形型陶瓷泡沫淋水填料，针对循环水-空气质量流量比对冷却塔传热和传质效率影响规律。该研究结果表明，随着循环水-空气质量流量值的提升，冷却塔排出热量提升，冷却效率略有下降。（图片来源：中国水利水电科学研究院）

冷却塔的淋水填料若是用水泥浇筑成型，一般外形尺寸都比较大，而且生产成本比较高，浪费原材料，即使经过了改进，降低了成本，耐久性强，力学强度高，对水质要求不是很严格，但是水泥网格填料因有笨重、劳动强度大、生产安装麻烦、不耐腐蚀、表面粗糙等缺点，逐渐被淘汰

（图片来源：互联网）

金属填料虽然强度高，抗老化和抗腐蚀能力强，耐高温性能优越，具有较好的热交换能力，但是生产成本高，限制了它的推广。对于金属填料的研究也较少，李慧珍等通过对比常见的塑料淋水填料发现，不锈钢淋水填料具有导热性好、耐腐蚀、比表面积大和力学性能高等明显优势。在冷却塔冷却效率方面，S波、人字波和V波型不锈钢淋水填料在进塔水温37.5~38.5℃时冷却效率高。常亮等对比研究了斜折波式不锈钢金属薄膜填料和双向波型塑料填料的热力阻力特性和冷却效果。研究结果表明，同一高度下，金属淋水填料热力特性是塑料淋水填料的2~3倍，此外冷却效果获得一定提升。

由于单一材质的淋水填料都有各自的缺点，如果可以有效的将两种甚至多种材质的填料组合使用，发挥各种材质的优点，将会大大增加淋水填料的各项性能。有研究表明，竹材与PVC组合填料替换PVC斜波纹填料既保留了PVC较好的冷却效果，又解决了填料破裂、堵塞的问题，很好地结合了两种材质的优点。

国内外淋水填料研究进展

国外对于冷却塔填料的研究主要针对塑料薄膜填料，Farhard等人通过实验证对比了垂直波纹比水平波纹两种不同结构淋水填料冷却效率，经过对比不同结构的冷却塔中这两种波纹的淋水填料冷却效率，研究结果表明具有垂直波纹的PVC淋水填料具有更好的冷却效果。Goshayshi等通过研究不同粗糙度的波纹状塑料填料发现了传质系数随填料高度、肋高与肋间距之比的升高而降低。A.A.Vaganov和A.S.Timonin对蜂窝状冷却塔填料传热传质试验表明常规蜂窝状填料的传热传质强度明显优于聚乙烯管形填料、塑料波形薄膜填料、网格棱镜填料。

黄凯对于人字波型、S波型以及复合波型的填料进行比较研究发现这三种结构的淋水填料在常用水-汽流量比范围内，复合波型冷却效果好。吕争青等对折波、全梯波、斜折波、复合波、双向波、双斜波、斜梯波、S波和改型台阶波等 9种不同结构的塑料填料片进行测试，结果表明不同填料波形对热处理后的淋水填料力学性能无影响，并根据检测结果制定了不同结构塑料淋水填料的力学性能指标。

淋水填料使用环境中存在氧气、湿热、化学介质和生物介质等多种外界环境因素侵蚀，淋水填料的老化问题已经成为影响冷却塔冷却效率不可忽视的因素。国内外对于淋水填料老化的研究比较少，吕争青等研究了PVC塑料片材在湿热老化实验中的性能变化，研究结果表明，PVC片材的力学性能在冷却塔的湿热老化环境后由韧而硬变得硬而脆，PVC分子出现了离子型降解。陈礼生等通过对比研究不同冷却塔中使用了9年的竹制淋水填料，经过对其力学性能、密度、晶体结构和微观形貌等性能测试分析，研究结果表明，经过9年的实际工作情况使用后的竹质淋水填料的力学性能残余率达75%~87%，表面仍存在少量结晶淀粉颗粒，老化过程未出现真菌感染情况。

淋水填料的材质和结构在不断更新，为研究其传热传质性能和阻力性能，只有通过不同试验条件获得数据，进而将这些数据归纳转换成对应关系式，以便通过计算机模拟研究对淋水填料结构或冷却塔结构设计进行优化。为了对淋水填料的进行深入的研究和分析，Hisham等对三相流化床冷却塔的特性进行了实验评价，测量了空气侧压降和小流化速度与水/空气质量流量比、静态床层高度和热水入口温度的关系。以实验数据为基础，通过数值模拟与试验结果相结合方式，分析了传质系数、水/空气质量流量比、冷却塔结构参数和气压对冷却塔冷却效率的影响规律。Bedekar等从逆流填料床机械冷却塔的特性、出水温度、水-气流量比(L/G比)和效率等方面进行了分析，进行了数值模拟研究并得出了水气比对塔性能反向变化的影响规律。Singh等对网格、蜂窝薄膜和木质淋水填料的冷却塔进行试验及计算机仿真研究，通过研究冷却温度范围、冷却塔特性比、冷却效率以及循环水蒸发率这4个参数为研究对象。以空气-循环水质量流速比作为设计变量，结合试验结果通过遗传算法模拟优化各个参数，研究结果表明，网格状淋水填料是试验中冷却效率高的淋水填料

总之，冷却塔淋水填料的发展有以下两个趋势：一是高效节能，在目能源日益紧张的趋势下，如何使得淋水填料获得更高的散热导热性、高水流-空气质量比、高比表面积和强表面疏水性是其发展的主要方向；二是绿色且稳定，绿色环保的理念已经逐渐深入人心，淋水填料的防腐和防老化研究是解决淋水填料长期稳定应用的重要动力来源。在淋水填料长期的发展过程中，多种材质、结构和设计的淋水填料已经难以被试验逐一对比研究，如何建立适用广泛的淋水填料模拟研究系统是目值得研究重点方向。