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                                密閉式冷卻塔的優化設計
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                                密閉式冷卻塔源于工業用的蒸騰冷卻器,而實踐上仍是一種將水冷卻式冷卻器和慣例冷卻塔的功能相結合的熱交換器。冷卻60℃~80℃的流體時,選用蒸騰冷卻器比空冷式熱交換器有利,因為它利用了管外側水的蒸騰潛熱,具有比空冷式熱交換器傳熱面積少的長處,只要管外壁簡單結垢而影響冷卻作用的問題,一直困擾著它的使用。但對被冷卻工質在50℃以下的狀況來說,結垢問題并不嚴重,這對于要求被冷卻介質潔凈或空氣污染嚴重的場合來說,密閉式冷卻塔成了必須且適宜的挑選。隨著環保、節能要求的日益火急和各種換熱設備的小型化發展,對密閉式冷卻塔的需求也日益添加。蒸騰冷卻器的規劃,國表里研討已較多,但按慣例的規劃方法,所需的盤管換熱面積較大、塔體笨重、造價昂貴,有待改進,有關規劃的優化問題進行討論。  

                                優化規劃的目標 在密閉式冷卻塔中,熱量從管內的工藝流體經管壁傳給管外活動的水,再從水傳給空氣,而水向空氣的傳熱,是由水蒸騰的潛熱傳熱和水與空氣的顯熱交換組成的。對盤管段微元高度dz來說,噴淋水熱量的得失GwCwdtw等于管內工藝流體失去的熱量GfCfdtf與空氣得到的熱量Gadi之差。除了被冷卻工質的進出口溫度和流量及大氣干濕球溫度、大氣壓等規劃參數外,風量、噴淋水量、淋水密度、噴淋水水溫、盤管的尺度和表里形狀及安置方法,管程數(管內流)、空氣和工藝流體及噴淋水三者間的流向聯系等對塔的規劃都有影響,并且在某些結構方法中,不少因素是彼此限制的,如逆流塔(噴淋水和空氣流向相反,盤管簇水平放置且工藝水下進上出),塔內風速與淋水密度是彼此相關的。規劃優化的目標在于確定當工藝流體所需開釋的熱量全部被空氣帶走時,恰好讓出塔的空氣到達飽和,而因此所花的代價(將制造本錢與運轉本錢歸納考慮)較低。 環繞盤管的優化  對圓光管來說,Kfw與管內流體界膜導熱系數αi、管外噴淋水界膜導熱系數αo、管表里壁污垢熱阻rI和ro、管材導熱系數λ及管子內、外直徑dI和do有關,以管外表面為基準。且以工藝流體進出口平均溫度tf為定性溫度,而εt=(μfμpw)0.25為大溫差下管內液體被冷卻時的溫度批改系數,μf和μpw分別為以流體平均溫度和壁面平均溫度為定性溫度時的流體動力黏度。αo與管簇安置方法有關,各文獻的經歷公式和使用范圍有所差異,對水平光管簇的盤管方法

                                理論上可有幾種優化方法   1)選用內螺紋管,強化管內流體的界膜導熱系數αi,這一研討首要集中在有相變的水平管內活動,即蒸騰器或冷凝器的優化中,而在密閉式冷卻塔的實踐使用中還不多見。   2)選用復合翅片管,強化管外噴淋水的界膜導熱系數αo。這一計劃使用于密閉式冷卻塔的理論計算已不成問題,結果表明在管排數、塔體高度和塔重等方面比選用光管的密閉塔有較顯著的減少,這是因為一般狀況下,管外側界膜熱阻相對較大,強化它比較有用,但這時所需的噴淋水量也較大。   3)改圓管為橢圓管,長軸與氣流方向及噴淋水方向一致,這一計劃在密閉式冷卻塔中已有實踐使用,且同時影響Kfm和Kwa,但對其機理有待進一步研討。   4)恰當進步管內流速,對αi的增大有顯著的作用,但活動阻力的增大也較顯著。   5)選用直徑較小的管子,對αi和αo的強化及管金屬熱阻的減小都有好處,Kwa的增大則更顯著,但管內流體活動阻力和管外空氣活動阻力也會有所增大。   

                                對以上1)點~3)點,因為強化管的本錢比光管高,這些計劃實施的可行性取決于因強化而節約本錢,是否大于強化管自身本錢的升高,另外還需注意以下問題:   

                                ①關于管子熱阻。理論上選用管材導熱系數大的金屬,有利于導熱,但與其他熱阻比較,一般狀況下此項僅是其他單項熱阻的15~120,而鋁合金、銅管與鍍鋅鋼管的λ比約為21~61,因此在一般密閉式冷卻塔中,挑選鍍鋅鋼管將大大下降本錢,且有利于進步盤管的強度和剛度,而冷卻塔功能卻不會受到很大影響。   

                                ②關于污垢熱阻。結垢是影響密閉式冷卻塔功能的一大頑癥,其危害性比我們想象的要兇猛得多。假如盼望有一定的防垢辦法而在規劃中取小rI或ro將是危險的,尤其在那些水質硬度較大的區域。對工藝流體溫度較高的冷卻塔,規劃中取0.00022m2·oCW的污垢系數較安全,對工藝流體溫度較低的冷卻塔,規劃中可取0.00017m2·oCW左右。對除垢問題,較經濟的做法還是定期清洗。   

                                ③風量與淋水密度的選取要與管內工藝流體到噴淋水的傳熱功能相匹配,增大風量和淋水密度會進步Kwa,但將使設備和運轉本錢進步,是不經濟的。 用預冷卻技術優化規劃 曩昔對密閉式冷卻塔的規劃,都建立在twi=two的邊界條件上,即因為噴淋水是循環的,所以盤管區進口的噴淋水溫度twi等于盤管區出口處的噴淋水溫度two。鑒于噴淋水的溫度對傳熱面積數有很大的影響,在噴淋水循環進程中加入一個噴淋水的預冷卻進程,將大大減少盤管長度。盡管預冷卻進程添加了一些填料,風量也會增大,但總的本錢將有所下降。對工藝流體溫度較高的冷卻塔來說,這是一個有前途的優化辦法。國表里也有了若干根據這一原理的各種塔型


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