薄膜式机械通风冷却塔的性能优化.pdf

2010年第38卷第10期
流体机裓
61
文章编号:1005-0329(2010)10-0061-04
薄膜式机械通风冷却塔的性能优化
李杨,魏星
(四川大学,四川成都610065
摘要:由于冷却塔的性能对冷却塔的能耗影响较大,因此需要对冷却塔的性能进行优化。本文运用数学模型模拟了
在类似工况下水膜和湍流空气流的传质传热过程,探讨了冷却塔性能优化的方法。提供了不同排列途径的冷却塔性能
的对比和一些优化方法的建议。
关键词:冷却塔;数学模型;性能优化
中图分类号:TH43
文献标识码:A
doi:10.3969/j.issn.1005-0329.2010.10.014
Performance Optimization of Mechanical Draft Cooling Tower of Film pe
Yang, WEI Xi
(Sichuan University, Chendu 610065, China)
Abstract Optimization of the cooling tower perfornance influence the energy consumption. The model includes a heat and mass
transfer processes between water films and turbulent damp air Row at quasi-state approximation was simulated, and the method of
the optimization of the cooling tower performance was studied. Various regimes of cooling tower performance are compared and the
optimization method is proposed
Key words: cooling tower; mathematical model; optimization
1前言
配水系统?
机械式通风冷却塔是循环水蒸发冷却的主要
和喷头
设备,其中薄膜式机械通风塔较多。其工作原理
薄膜填
如图1所示:把热的循环水由冷却塔上面喷洒
到薄膜填料上,然后流到集水池中,与此同时风机
风机
从下往上与水流逆向送风,于是在薄膜填料上的
水膜和冷空气广泛的接触,并发生传质传热过程,
集水池
带走了循环水的热量。气候的变化无常,导致冷
却塔有时达不到冷却效果,有时又过度冷却,导致
能耗不必要的浪费。故需能及时依据气候变化相
图1机械通风冷却塔的结构示意
应地改变风机的功率或采用其它的方式,达到既
能满足冷却效果又能减少能耗的目的。
2蒸发冷却的数学模型
解决这个问题的一个途径就是对冷却塔的性
能进行优化。砱塔的性能优化无论是在理论上
以水汽热交换的数学模型为基础建立机被通
还是在工程实践中都是一个重要的问题,因为它风冷却塔工况模型。建立数学模型所用到的
能直接影响能耗的多少。这里对冷却塔的性能优传质传热系数是指液汽表面的传质传热系数
化是从冷却塔工况的数学模型开始的。
由于机械通风塔的高速气流是湍流,所以只能用
收稿日期:2010-02-08
FLUID MACHINERY
vol.38,No.10,2010
传质传热系数来表达。对此,可采用常用的热
交换试验来获得数据。
x=H为空气进口的初始条件
用常见的气候条件来建立薄膜冷却塔常微分
方程系统边值问题的数学模型,其他气候条件下
P,l2=ル=p。(7。)ψ=P
(8
数学模型的建立类似。如下方程式描述水膜横向式中厚一薄膜填料的总高度,m
水汽热交换的平均值2:
ψ一空气的相对湿度
(1)水膜厚度(z)随着水蒸发的变化:
在方程(2)和(3)中,是沿水流表面的耑流
dh(a)-yyrelp, r/(2)-p, ()
(1)气体的传热系数
(0.025Re
(2)水膜横截面平均温度T(x)随着冷空气
和水蒸气的热交换的变化:
式中A。一为空气的导热系数,W/(m?K)
dt,(z
这里所用的气流雷诺数的计算式{340
a/ Relto()-70(3)1-r, Re[P,T(:)-p(3)1
es(H-z)p。(。+リ
る
式中4。空气动力粘滞系数,kg/(
方程式(1)和(4)中热交换系数λr的计算
3)含水气体横向平均温度Tu(z)的变化:
式
dT。(a)2aLT(x)-T(a)
0.025Re8D
d
(11)
(4)水汽密度p,(x)随着填料的纵向的变化
在上式中考虑了影响温度的水蒸汽的扩散系
do, (2)2y, Relp. [T/(z)-P,(2)
(4
数D和水的粘度。
水膜在某一横截面平均流动速度的近似计算
式中んーー水膜厚度,m
式
垂直方向的坐标值(见图
Y水膜的传质系数,ms
3
雷诺数
式中Q。一一水的质量流量,kg/(m·s
水的密度,kg/m
Q。一空气质量流量,kg/(m?s)
水膜水的运动粘度,m3/s
用 Runge-kul数值分析程序求解这几个微
汽化潜热,kJ/kg
分方程。用余项控制计算精度:
p饱和水汽的密度,kg/m
7(H)
POHP-P
,(
在坐标为x的横截面上的空气
的密度,kg/m3
(13)
ay一水膜的传热系数,W/(m2:℃)
只要计算到<10即可实现较高的计算
水的比热,J/(kg?℃)
精度。
v一空气的运动粘度,m2/
d41-薄膜填料板的最小距离
3计算结果对性能优化的作用
p。冷却塔里空气的密度,kg/m
c。冷却塔里空气的比热,/(kg:℃)3.1冷却塔的冷却效率
设d1=d-2y,其中b是水膜的厚度。因此
冷却塔的冷却效率是评判冷却塔的性能的一
dl1受冷却塔水力路径的影响很小。
个重要的标准。冷却塔的冷却效率计算式
由方程(1)~(4)构成一个描述所有汽液流
T。-T
动的完整边界条件。
(14)
z=0为进水的初始条件:
式中7。一冷却塔的进水温度,℃
5)
Ton冷却塔的出水温度,℃