導(dǎo)語(yǔ)：噴射式冷卻塔試驗(yàn)管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

提要根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成的噴射式冷卻塔的噴霧引射和噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)，探討了不同噴嘴排列、不同噴壓下，塔的引射誘導(dǎo)空氣能力以及塔在不同塔長(zhǎng)、不同噴壓、不同的進(jìn)塔空氣參數(shù)和不同的進(jìn)塔水溫?zé)峁ば阅?，并得出了一些有意義的結(jié)論。

關(guān)鍵詞噴射式冷卻塔噴霧引射傳熱傳質(zhì)噴霧冷卻

AbstractBasedonaseriesofexperiments,studiestherelationshipofairinductioncapacitywitharrangementofspraynozzlesandpressureofspraywater,theeffectsoftowerlength,pressureofspraywater,inletairpropertiesandwatertemperatureonthethermalperformanceofthetower,andgivessomeimportantconclusions.

Keywordsspraycoolingtowersprayinductionheatandmasstransferspraycooling

1概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的提高，工業(yè)及民用建筑的用水量急劇增加，其中用量比較大的是冷卻用水。設(shè)置冷卻塔實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)使用是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)水節(jié)能措施，有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

冷卻塔有濕式和干式兩種。在干式冷卻塔中空氣與水不直接接觸，只有熱交換，沒(méi)有質(zhì)交換。而濕式冷卻塔中空氣與水直接接觸發(fā)生熱質(zhì)交換，因而冷卻效果更好。在濕式冷卻塔中，過(guò)去廣泛使用的是逆流式和橫流式機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，其主要部件為通風(fēng)機(jī)和淋水填料，因而這種塔噪聲高、振動(dòng)大、維護(hù)管理麻煩。

70年代初，在國(guó)外出現(xiàn)了另一種型式的冷卻塔--噴射式冷卻塔。它的構(gòu)造與窗戶(hù)工程中的用的噴水室類(lèi)似，但是它不用風(fēng)機(jī)作動(dòng)力，也沒(méi)有淋水填料，而是靠噴射水流的誘導(dǎo)作用將周?chē)諝馕胨?nèi)，與噴霧水滴接觸發(fā)生熱濕交換而達(dá)到使水冷卻的目的。圖1是噴射式冷卻塔的構(gòu)造原理圖。

圖1噴射式冷卻塔的構(gòu)造圖

1分水器2噴管和噴嘴3出塔水管4過(guò)濾器5集水槽6收水器

由于噴射式冷卻塔沒(méi)有風(fēng)機(jī)，也沒(méi)有填料，所以構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，噪聲和振動(dòng)較小，而且它的外形與建筑物也比較協(xié)調(diào)。

最早的噴射式冷卻塔是由美國(guó)BAC公司研制出來(lái)的，目前已有12種規(guī)格的產(chǎn)品，冷卻水量為3.9～663m3/h。

在我國(guó)1977～1980年間也有人做過(guò)這方面工作，但研制出來(lái)的樣機(jī)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。1988～1990年間中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院研制了噴射式冷卻塔，并與清華大學(xué)環(huán)境系合作，對(duì)噴嘴的選型做了大量試驗(yàn)工作，并且以日本產(chǎn)品為樣機(jī)研制出CE-1-PL型噴射式冷卻塔。在研制過(guò)程中，他們對(duì)空氣入口穩(wěn)流裝置和出口的氣水分離裝置還作了改進(jìn)。

然而，盡管?chē)娚涫嚼鋮s塔的發(fā)展已有20余年歷史，但是國(guó)內(nèi)外對(duì)它的機(jī)理研究得不夠，多年來(lái)對(duì)噴射式冷卻塔的改進(jìn)很

少，因此有必要對(duì)這種塔型進(jìn)行更深入的研究。

從1992年起清華大學(xué)熱能系和北京市節(jié)能辦公室合作，對(duì)噴射式冷卻塔開(kāi)展了試驗(yàn)研究和數(shù)學(xué)模擬，取得的成果對(duì)噴射式冷卻塔的改進(jìn)有指導(dǎo)意義，本文主要介紹試驗(yàn)研究工作。

2試驗(yàn)用噴射塔的結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)

為了研究噴射式冷卻塔的空氣動(dòng)力性能（噴霧引射性能）和熱工性能（噴霧冷卻性能），在清華大學(xué)空調(diào)試驗(yàn)室建成了一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該臺(tái)由試驗(yàn)用噴射塔、空氣處理系統(tǒng)、水系統(tǒng)和量測(cè)儀表組成。

試驗(yàn)用的噴射塔斷面尺寸可以改變，塔中噴嘴布置可能有若干方案，噴射塔長(zhǎng)可以調(diào)整，噴射水壓、進(jìn)塔空氣參數(shù)和進(jìn)塔水溫都可以控制。

圖2噴嘴布置及邊界尺寸

圖3空氣處理系統(tǒng)

圖2是試驗(yàn)用噴射塔斷面示意圖。塔共有3排噴管，每排噴管上可布置5～7個(gè)噴嘴。圖3是空氣處理系統(tǒng)，可將室外新風(fēng)及一部分回風(fēng)的混合物處理到試驗(yàn)要求的參數(shù)，該系統(tǒng)有送風(fēng)機(jī)、回風(fēng)機(jī)、加濕器和加熱器。圖4是水系統(tǒng)原理圖，水系統(tǒng)則向噴射塔供應(yīng)溫度一定的熱水，水溫由電加熱控制，電加熱熱量不足時(shí)還可以啟動(dòng)水系統(tǒng)中的燃油熱水鍋爐。

圖4水系統(tǒng)流程圖

1噴射塔2浮子流量計(jì)3電加熱器4水泵5混水箱6燃油熱水鍋爐

試驗(yàn)中使用的儀表主要有：分度值為0.1℃的玻璃水銀溫度計(jì)；通風(fēng)干濕球溫度計(jì)；LZB-40型轉(zhuǎn)子流量計(jì)；QDF-2型熱球式風(fēng)速儀；銅-康銅熱電偶及UJ31電位差計(jì)；Y-150型彈簧管壓力表，量程0～0.4MPa。

3試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)工況

3．1空氣動(dòng)力試驗(yàn)

為了分析影響噴射塔內(nèi)誘導(dǎo)空氣能力的諸因素，進(jìn)行了各種工況的試驗(yàn)。每種試驗(yàn)工況下都測(cè)出了進(jìn)塔空氣量L及同一時(shí)間的噴水量Q，進(jìn)而求出氣水比λ，λ=L/Q

試驗(yàn)工況中下：

①?lài)娝畨毫變化了7次，分別為0.05、0.075、0.1、0.125、0.15、0.175、0.2MPa；

②噴嘴水平方向間距S變化了4次，分別為40、50、60、70mm

③噴嘴豎向間距K變化了4次，分別為200、230、250、280mm

④邊界尺寸相應(yīng)變化，距離A分別為70、90、105mm；距離B分別為125、150、175、205mm

3.2熱工性能試驗(yàn)

為了尋找影響塔內(nèi)水溫降的諸因素，進(jìn)行了各種工況的試驗(yàn)，在每種工況下都測(cè)出了進(jìn)、出水溫度tw1和tw2，.求出水溫降Δt，同時(shí)測(cè)出進(jìn)塔空氣的干球溫度t和濕球溫度ts。

試驗(yàn)工況如下：

①進(jìn)塔水溫變化3次，分別為37、40、45℃；

②進(jìn)塔空氣濕球溫度ts在23～29℃之間變化；

③塔長(zhǎng)XL變化3次，分別為1700、2060、2500mm；

④?chē)妷簆變化5次，分別為0.05、0.075、0.1、0.125、0.15MPa；

⑤塔的邊界尺寸變化兩次，分別為A=110、60mm，B=125mm和B=125、155mm，A=90mm。

4試驗(yàn)結(jié)果及分析

4．1空氣動(dòng)力試驗(yàn)

4．1．1噴嘴間距及邊界條件相同時(shí)，噴射塔的氣水比隨噴壓變化而變化的情況如圖5-7所示，其中邊界尺寸A保持不變。

由這些圖中可以看出兩點(diǎn)：一是氣水比隨噴嘴間距K及S的增大而增大；二是氣水比隨噴壓的增大而增大，達(dá)到一定值后不再變化。

雖然氣水比λ的增加將會(huì)改善冷卻效果，但是投資增加，而過(guò)大地增加噴壓還會(huì)增加能耗。另外，從圖5～7可看出，K×S由250×50（mm）增至280×60（mm）時(shí)，λ的增幅已經(jīng)下降，而且噴壓p增至0.15MPa后，λ的增勢(shì)已不明顯。所以在噴射塔的設(shè)計(jì)中宜取K×S=280×60（mm），運(yùn)行中宜取p=0.1～0.15MPa。

圖5氣水比與噴壓的關(guān)系

S=60mm，K=280、250、200mm

圖6氣水比與噴壓的關(guān)系

S=60mm，K=280、250、230、200mm

圖7氣水比與噴壓的關(guān)系

S=40mm，K=280、250、230、200mm

4．1．2邊界尺寸不同時(shí)，噴射塔的氣水比隨噴壓變化而變化的情況如圖8所示。圖8是在K=250mm，S=60mm，A值不變（90mm），B值變化了兩次（155、125mm）條件下得得到試驗(yàn)曲線。該圖說(shuō)明，當(dāng)噴射塔斷面尺寸一定及噴壓相同時(shí)，邊界尺寸大者，氣水比也大。不過(guò)從圖8可見(jiàn)，當(dāng)噴壓p由0.1變化至0.2MPa的范圍內(nèi)，氣水比的增幅快慢明顯減小，亦即這時(shí)增大A或B，λ值的增加量不會(huì)很大，因?yàn)槌叽鏏或B過(guò)大時(shí)，噴射水流的誘導(dǎo)能力不起作用。所以無(wú)需加大A或B。

圖8氣水比與噴壓的關(guān)系

4．2熱工性能試驗(yàn)

4．2．1水溫降隨噴壓變化而變化的情況如圖9所示。圖9同時(shí)也說(shuō)明了塔長(zhǎng)變化對(duì)水溫降的影響。

由圖可見(jiàn)，在塔長(zhǎng)、進(jìn)塔水溫及進(jìn)塔空氣濕球溫度一定的條件下，水溫降值隨噴壓增加而略有減小，這與噴壓增加時(shí)，氣水比增大而有利于熱濕交換的結(jié)論似有矛盾。不過(guò)隨著噴壓增高、液滴速度加快，空氣與液滴接觸的時(shí)間縮短，確實(shí)可能抑制水溫降增加的趨勢(shì)，使水溫降不但不再增加，反而有減小。

圖9水溫降與噴壓的關(guān)系

4．2．2水溫降隨進(jìn)塔空氣濕球溫度變化而變化的情況如圖10、11所示。

圖10水溫降與進(jìn)塔空氣濕球溫度的關(guān)系

XL=2060mm，p=0.075MPa，tw1=37℃

圖11水溫降與進(jìn)塔空氣濕球溫度的關(guān)系

XL=2500mm，p=0.05MPa，tw1=37℃

由圖可見(jiàn)，在塔長(zhǎng)、噴壓和進(jìn)塔水溫一定的條件下，水溫降隨進(jìn)塔空氣濕球溫度的升高而減小。這一現(xiàn)象的理論解釋如

下。

由于噴射式冷卻塔為順流換熱模型，塔內(nèi)熱濕變換的推動(dòng)力就是液滴表面飽和空氣層的焓值與進(jìn)塔空氣焓值之差，而進(jìn)塔空氣的焓值主要取決于其濕球溫度。當(dāng)進(jìn)塔空氣濕球溫度增高時(shí)，其焓值增大，因而上述焓差就減小，塔內(nèi)空氣與水熱濕交換推動(dòng)力也減小，因而水溫降變小。反之水溫降就變大。

一般地說(shuō)，進(jìn)塔空氣的干球溫度對(duì)水溫降影響不大，但當(dāng)時(shí)塔空氣干、濕球溫度接近時(shí)，即進(jìn)塔空氣接近飽和狀態(tài)時(shí)，塔內(nèi)水溫降也不大，這是因?yàn)樵谶@種情況下只存在溫差散熱而不存在蒸發(fā)散熱的緣故。試驗(yàn)過(guò)程中多交出現(xiàn)過(guò)這種情況。由此可見(jiàn)，噴射塔用在空氣相對(duì)濕度較小的地方比用在潮濕的地方更有利。

4．2．3塔內(nèi)水溫降隨進(jìn)口水溫變化而變化的情況如圖12所示。由圖可見(jiàn)，在塔長(zhǎng)、噴奔和進(jìn)塔濕球溫度一定的條件下，隨著進(jìn)塔水溫升高，水溫降也加大。這是因?yàn)椋疁馗邥r(shí)，水滴周?chē)娘柡涂諝鈱訙囟纫哺撸蚨魵夥謮毫σ泊?，所以它與進(jìn)塔空氣之間水蒸氣分壓力差加大，這就有利于水分蒸發(fā)及散發(fā)熱量。

圖12水溫降與進(jìn)塔水溫的關(guān)系

因此，噴射式冷卻塔對(duì)冷卻高溫或中溫的熱水更有利。

4．2．4塔長(zhǎng)對(duì)水溫降的影響從圖9及圖12中都可以看出?？偟恼f(shuō)來(lái)塔越長(zhǎng)，水溫降越大。但是，試驗(yàn)表明，塔長(zhǎng)由2060增至2500mm時(shí)，水溫降增幅已明顯地低于塔長(zhǎng)由1700增至2060mm時(shí)的增幅，所以塔長(zhǎng)不宜超過(guò)2500mm。

4．2．5由于現(xiàn)有噴射塔的分水器（中間還有水過(guò)濾網(wǎng)）均位于塔體一側(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)模塊化組合，因此如能將分水器布置在塔頂，使分水排管變成垂直布置則可為不同容量噴射塔按標(biāo)準(zhǔn)模塊組合創(chuàng)造條件。為了研究該做法的可能性，將噴嘴排管改成了垂直布置并保持間距280mm，此時(shí)噴嘴的縱向間距仍保持60mm，在tw1=37℃和tw2=27℃條件下進(jìn)行了熱工試驗(yàn)，結(jié)果表

明，水溫降不但未減小，且略有增大，均達(dá)5℃以上。

5結(jié)論

5．1影響噴射式冷卻塔氣水比大小的主要因素是噴嘴間距和噴壓，氣水比越大，越有利于塔內(nèi)空氣與水的熱濕交換，水溫降也截止大。但是，過(guò)分增大噴嘴間距及噴壓并無(wú)好處，將帶來(lái)塔尺寸的增大、初投資及能耗的增加。綜合試驗(yàn)結(jié)果，建議噴射塔的K×S值取280×60（mm），噴壓取0.1～0.15MPa。

5．2塔長(zhǎng)對(duì)噴射塔內(nèi)水溫降有一定影響，塔長(zhǎng)不夠時(shí)，空氣與水來(lái)不及進(jìn)行熱濕交換，所以水溫降不大；而塔太長(zhǎng)則水溫降增加不明顯，且初投資及占地面積都將增加。試驗(yàn)表明，塔長(zhǎng)不超過(guò)2500mm為宜。

5．3對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸一定的噴射塔而言，影響水溫降的主要因素是進(jìn)塔空氣參數(shù)、進(jìn)塔水溫及噴壓。當(dāng)進(jìn)塔水溫及噴壓一定時(shí)，進(jìn)塔空氣濕球溫度越低，水溫降越大。所以，為得到足夠大的水溫降，不能將噴射塔用于室外空氣濕球溫度太高的地區(qū)。試驗(yàn)表明，進(jìn)塔空氣濕球溫度最好不要超過(guò)28℃，否則水溫降將達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

5．4試驗(yàn)表明，對(duì)于結(jié)構(gòu)尺寸一定的噴射塔來(lái)說(shuō)，在一定范圍內(nèi)，只要調(diào)節(jié)噴壓就可滿(mǎn)足各種負(fù)荷（冷卻水量）的變化要求，而水溫降變化仍可滿(mǎn)足要求。噴射塔的這一特性，使其具有較大的使用靈活性。在特殊情況下，為了減小塔的尺寸及占地面積，可以使用更高的噴壓。噴射塔的這個(gè)特性又叫"等效擴(kuò)容性"。

5．5試驗(yàn)表明，可以將分水器放在塔頂，以便做成模塊組合式噴射冷卻塔。