水冷卻原理分析論文

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摘要：在濕式冷卻塔中，熱水將熱量傳給空氣，由空氣帶走，散到大氣中去。水向空氣散熱有三種形式：①接觸散熱；②蒸發散熱；③輻射散熱。冷卻塔主要靠前兩種散熱，輻射散熱量很小，可忽略不計。兩種不同溫度的物質接觸，熱量從溫度高的一方傳向溫度低的一方，稱為接觸散熱。冷卻塔中，當低溫度空氣通過高溫度水面時，水面會通過接觸散熱，把熱量傳給空氣。

關鍵詞：冷卻塔麥克爾公式

在濕式冷卻塔中，熱水將熱量傳給空氣，由空氣帶走，散到大氣中去。水向空氣散熱有三種形式：①接觸散熱；②蒸發散熱；③輻射散熱。冷卻塔主要靠前兩種散熱，輻射散熱量很小，可忽略不計。

兩種不同溫度的物質接觸，熱量從溫度高的一方傳向溫度低的一方，稱為接觸散熱。冷卻塔中，當低溫度空氣通過高溫度水面時，水面會通過接觸散熱，把熱量傳給空氣。

蒸發散熱通過物質交換完成，即通過水分子不斷擴散到空氣中來完成。水分子有著不同的能量，平均能量由水溫決定。在水表面附近，一部分動能大的水分子，克服鄰近水分子的吸引力，逃出水面而成為水蒸氣。由于能量大的水分子逃離，水面附近的水體能量變小，因此水溫降低，這就是蒸發散熱。一般認為蒸發的水分子，首先在水表面形成一層薄的飽和空氣層，其溫度和水面溫度相同，然后水蒸氣從飽和層向大氣中擴散，擴散的快慢取決于飽和層的水蒸氣壓力和大氣的水蒸氣壓力差，即道爾頓(D0Lton)定律。

1.麥克爾(Merkel)公式

以往計算冷卻塔的水氣參數時，把散熱和散質分開計算，所以計算參數比較多。麥克爾引入了焓的概念，把散熱和散質統一在焓中，減少了計算參數。全世界進行冷卻塔的熱力計算，較廣泛地采用麥克爾公式。

設水傳給空氣流的總熱量為，則在面積上的傳熱量為

它以水面飽和空氣層的焓和濕空氣中的焓之差，作為從水面向空氣中散熱的推動力。

實際應用于冷卻塔的熱力計算時，由于塔的填料形狀一般較復雜，其表面面積不易精確決定。所以，常用填料體積代替其面積，則上式變為：

式中—填料的容積散質系數，

—填料體積，。

麥克爾公式中的容積散質系數，通常是通過模擬試驗求得。

2.水的冷卻過程

在冷卻塔中水的冷卻過程由水溫、空氣的干球溫度、濕球溫度決定。單位面積，單位時間的接觸散熱量為，蒸發散熱量為。可分為下圖所示的四種傳熱情況。

(1)水溫大于氣溫。兩種熱量都由水面散向空氣，,水溫降低，水量產生蒸發損失。

(2),水溫和氣溫相等。接觸散熱停止，蒸發散熱照常進行，,水溫降低，水量產生蒸發損失。

(3)。由于水溫低于空氣干球溫度，從空氣向水中產生接觸傳熱；水面蒸發散熱照常進行，，水溫降低。

(4)。同(3)的傳熱情況，但,所以，即水溫不再降低，但蒸發仍在發生。這是水冷卻的極限情況，如果水溫繼續下降，將產生>水溫又會升高，所以是水冷卻的極限。

上述情況可用右圖舉例表示。圖中橫坐標為水溫，縱坐標為單位冷卻面積上的散熱量。空氣參數：干球溫度26.6℃；濕球溫度為15.7℃，大氣壓力；相對濕度0.27,散熱系數。由圖可見，隨著水溫的升高，總散熱量也在增大，且蒸發散熱量大于接觸散熱量。由于散熱而使水溫降低，當水溫降到空氣的干球溫度26.6℃時，接觸散熱變為零，只剩下蒸發散熱。當水溫再降低，接觸散熱變為負值，即由空氣向水傳熱，總散熱量越來越小。當水溫降到濕球溫度15.7℃時，水的蒸發散熱量等于空氣向水中所輸入的接觸傳熱量，總散熱量變為零，水溫不再下降。當水溫接近濕球溫度時，焓差將很小，散熱很慢，塔體積必須非常大。從經濟出發，冷卻后的水溫，總要比空氣的濕球溫度高幾度，即。()稱冷卻幅高，在設計中冷卻幅高取3～5℃。

3.冷卻極限的測定

上述水的冷卻極限即為空氣的濕球溫度。當包紗布的溫度計上的溫度不變時，其指示的溫度即為空氣的濕球溫度，這表示從紗布上蒸發的水變為水蒸氣時，其所損失的熱量等于由接觸傳熱從空氣中傳給紗布的熱量，二者平衡，所以濕球溫度不再變化。這種說法漏掉了一種熱量，即輻射傳熱。為了消除輻射熱的影響，濕球溫度計的包紗布部分必須通風。通風不改變輻射量，卻使蒸發和接觸散熱量增大，但兩者傳熱量之比例不變，這樣一來，輻射熱就可以忽略不計了。為達到以上效果，通過濕球部分的風速應達到3m/s以上，不然，測得結果必須作如下校正：