冷卻塔模擬計算方法論_secret

1、冷卻塔模擬計算方法論 作者：熊志平簡介： 本文簡述了冷卻塔冷卻塔的選型，校核計算，模擬計算方法等，供大家參考。 關(guān)鍵字：冷卻塔選型 模擬計算 冷卻塔 一、簡述如上圖，冷卻塔放于層間，運行時冷卻塔進/排風(fēng)大致可分為6個區(qū)間（圖中箭頭表示風(fēng)向，其長度表示風(fēng)量大?。凰鼈兎謩e是：a 區(qū)冷卻塔在A軸方向的主要進風(fēng)面，該處裝有1250mm高百葉3層。b1/b2冷卻塔入風(fēng)回流區(qū)，在這兩個區(qū)很可能出現(xiàn)負壓；回流在b2區(qū)會較多出現(xiàn)。c 區(qū)冷卻塔高速排風(fēng)區(qū)。d 區(qū)冷卻塔在1/A軸方向通風(fēng)區(qū)，該區(qū)為負壓區(qū)，風(fēng)速較a區(qū)高，且以亂流出現(xiàn)居多。e 區(qū)熱風(fēng)擴散區(qū)；冷卻塔排風(fēng)經(jīng)過一段距離（冷卻塔排風(fēng)口到建筑頂部百葉約400

2、0mm）后，動壓明顯下降，靜壓上升，該區(qū)屬正壓區(qū)，其間大部分熱風(fēng)經(jīng)建筑頂部百葉排入大氣，少部分彌散后排風(fēng)受阻會滯留一段時間，但，由于上下（e 區(qū)b區(qū)）空間隨機存在著壓差，使得部分e區(qū)彌散的熱風(fēng)回流。二、冷卻塔的選型1、設(shè)計條件溫度：38進水，32出水，27.9濕球；水量：1430M/H；水質(zhì)：自來水；耗電比：60Kw/臺，0.04Kw/Mh，場地：23750mm5750mm；通風(fēng)狀況：一般。2、冷卻塔選型符合以上條件的冷卻塔為：LRCM-H-200SC81臺。（冷卻塔設(shè)計基準37-32-28，此條件下冷卻塔處理水量為名義處理水量）其中，LRC表示良機方形低噪聲冷卻塔，M表示大陸性氣候適用，H表

3、示加高型，200表示冷卻塔單元名義處理水量200M/H，S表示該機型區(qū)別于一般冷卻塔，C8表示該塔共由8個單元并聯(lián)組合而成，即名義處理總水量為1600M/H。冷卻塔的外觀尺寸為：2263039804130。冷卻塔配電功率：7.5Kw8=60Kw，耗電比為601600=0.0375Kw/Mh。三、校核計算1、已知條件：冷卻塔LRCM-H-200SC8在37-32-28溫度條件下單元名義處理水量L=200 M/H；冷卻塔風(fēng)量G=1690M/min。2、設(shè)計條件：熱水溫度：T1=38；冷水溫度：T2=32；外氣濕球溫度：Tw=27.9；大氣壓：Pa=76mmHg；處理水量：L=179 M/min；水

4、氣比：L/G=1.605；熱負荷：Q=1074000Kcal/h；組合單元數(shù)：N=8。3、冷卻塔特性值依照CTI標準所給出的計算公式KaV/L=近似計算為KaV/L=代入數(shù)據(jù)得，KaV/L=1.251。其中當(dāng)Tx=T1-0.1（T1-T2）時，dh1=（hw ha）；當(dāng)Tx=T1-0.4（T1-T2）時，dh2=（hw ha）；當(dāng)Tx=T2+0.4（T1-T2）時，dh3=（hw ha）；當(dāng)Tx=T2+0.1（T1-T2）時，dh4=（hw ha）； 水溫度濕球溫度T1 T2Tw38.037.435.634.432.632.027.9焓值35.86134.79231.76229.88027.2

5、4726.41621.307焓值單位為Kcal/Kg。隨水氣比的變化可得到以下數(shù)據(jù)：L/G1.1001.3001.5001.6051.7001.9002.10KaV/L0.9671.0581.1751.2511.3331.5661.963由上表數(shù)值可以求得冷卻塔特性曲線，再按斜率K=-0.6交于設(shè)計點（見曲線圖）。4、冷卻塔冷卻能力比較由上列數(shù)值繪出設(shè)計條件之特性曲線，然后由設(shè)計點（L/G， KaV/L）繪出水塔特性斜線與37-32-28標準特性曲線相交得到L/G=1.769。即，設(shè)計條件轉(zhuǎn)換到37-32-28標準條件下之當(dāng)量水量L=（L/G）*G代入數(shù)據(jù)，L=1.7691690601.1=1

6、97.3M/h。而LRCM-H-200S之名義處理水量L=200 M/h，可以滿足設(shè)計條件。5、結(jié)果LRCM-H-200S名義處理水量200 M/h大于設(shè)計當(dāng)量水量197.3M/h，所以，此機型能滿足使用要求。四、模擬運行計算1、建立數(shù)學(xué)模型冷卻塔實際運行中，各參數(shù)的變化是很復(fù)雜的，無論何種形式，在表示其熱工特性的重要參數(shù)上，有，以焓為基準的總?cè)莘e傳熱系數(shù)（KaV/L）與填料的材質(zhì)特性（Ka）、冷卻塔的結(jié)構(gòu)形式、淋水密度（L/Al）、水氣比（L/G）、塔體斷面通風(fēng)風(fēng)速或風(fēng)負荷（G/Ag）等諸多因素；再綜合冷卻塔的運行環(huán)境等因素，可以設(shè)定以下條件：1）冷卻塔風(fēng)機靜壓Ps恒定；2）冷卻塔循環(huán)水量L

7、一定（此處不計偏差）；3）冷卻塔熱容量Q一定（按主機最大負荷計），且入水溫度t1為一定；4）冷卻塔放置位置不變；5）冷卻塔結(jié)構(gòu)形式不變。于是，可以知道變化的主要參數(shù)有：1）冷卻塔風(fēng)機的風(fēng)量G；2）冷卻塔風(fēng)機的出水溫度t2；3）環(huán)境濕球溫度tw；我們可以抽象出以下方法對冷卻塔的實際運行進行簡化模擬：A對冷卻塔a區(qū)進風(fēng)冷卻塔進風(fēng)動力源于風(fēng)機所產(chǎn)生的靜壓Ps與塔體入風(fēng)口靜壓Pa之差Ps。va=； 設(shè)定A軸百葉開啟角度20，再考慮塔體入風(fēng)百葉影響，取=1.12。B 對冷卻塔d區(qū)通風(fēng)只有塔體入風(fēng)百葉，取=1.05。C對冷卻塔b區(qū)通風(fēng)b1區(qū)靠A軸百葉僅150mm左右，通風(fēng)量按它與進風(fēng)口高度之百分比計約為4

8、%；b1區(qū)靠1/A軸距離約1650mm左右，通風(fēng)量按它與進風(fēng)口高度之百分比計約為58%。D對冷卻塔c區(qū)排風(fēng)c區(qū)為冷卻塔高速排風(fēng)區(qū)，在空間上，它近似于有限空間射流，射流的外形象橄欖。式中vx射程x處的射流軸心速度；v0射流出口處的初平均速度；x出口至計算斷面的距離；d0送/排風(fēng)口直徑；a送/排風(fēng)口的紊流系數(shù)；上式是自由射流，它可以大致繪出射流的具體形狀（如射程、最大射流斷面）。但，在受限空間，排風(fēng)口的速度衰減估算一般采用下式。受限空間射流的壓力場是不均勻的，各斷面的靜壓隨射程的增加而增加；同時，由于射流速度場的相似性，必然有溫度場的相似性。此處簡化計算為平均值。式中，Tx射流x處與周圍空氣的溫度

9、差；T0射流出口處與周圍空氣的溫度差。E對冷卻塔e區(qū)滯留熱空氣射流上部受柵欄影響，部分空氣流向分散；以及射流過程中排風(fēng)熱空氣與周圍空氣進行熱能與動量的交換，其結(jié)果導(dǎo)致周圍空氣溫濕度升高，焓值升高的空氣一部分上升，另一部分滯留于柵欄下部空間。這兩部分一起形成了e區(qū)的滯留熱空氣。通過以上建模分析可知，此環(huán)境中運行的冷卻塔要克服的問題是：b區(qū)回流高溫高濕空氣；d區(qū)負壓值過大，風(fēng)量可能不足；c區(qū)滯留熱空氣。2、參數(shù)估算1）已知冷卻塔入風(fēng)口尺寸：7.452=14.9m冷卻風(fēng)機直徑：2000mm 冷卻風(fēng)機的總靜壓：110Pa冷卻風(fēng)機的名義風(fēng)量：28.17 m/s 塔體風(fēng)阻力：90 Pa冷卻塔設(shè)計處理水量：

10、179m/h冷卻塔有效散水面積：6.1m冷卻塔填料容積：14.63m冷卻塔進水溫度：38環(huán)境濕球溫度：27.9A軸百葉面積：11.25 m易得，冷卻塔水負荷(L/Al)：29.36 m/ mh冷卻塔填料特性值(Ka)：15306冷卻塔出風(fēng)口風(fēng)速(v0)：8.98 m/s冷卻塔出風(fēng)口動壓（Pv）：18.3PaA軸百葉面通風(fēng)風(fēng)速：2.81 m/s（注：冷卻塔基礎(chǔ)墩高度750mm）2）計算冷卻塔通風(fēng)遵循進出風(fēng)量相等原則，可知，a區(qū)通風(fēng)量與e區(qū)排風(fēng)量相等。A在ce區(qū)，計算e區(qū)的靜壓與溫度設(shè)從風(fēng)機排出的空氣與水熱交換100%，即排風(fēng)口飽和濕空氣焓ha2=ha1+L/G（T1-T2）e區(qū)排風(fēng)動壓Pveve

11、= v0 當(dāng)x/d=2時，ve=1.98m/s，即排風(fēng)到達頂部柵欄時，動壓基本轉(zhuǎn)化為靜壓，Ps16.1Pa排風(fēng)空氣在此處靜壓呈正態(tài)分布，熱風(fēng)被排出。e區(qū)空氣溫度差Te=（38-27.9）=0.87說明e區(qū)排風(fēng)（非飽和濕空氣）與周圍空氣之溫度比較接近。e區(qū)彌散的熱空氣的濕球溫度近似為：twe=27.9+0.87=28.77B在bd區(qū)其中，冷卻塔進風(fēng)兩側(cè)，一面臨A軸，一面臨1/A軸。假定，兩面進風(fēng)量相同，則冷卻塔進風(fēng)面風(fēng)速約為1.89 m/s，每面進風(fēng)量約14.08m/s。冷卻塔進風(fēng)臨A軸側(cè)，由于靠近百葉，所以風(fēng)量視為足夠；對臨1/A軸側(cè)，d區(qū)可分上、下兩部分通風(fēng)，其中上部通風(fēng)約58%；同理，下部

12、通風(fēng)約38%；即是說，由于下部通風(fēng)量的不足，上部熱風(fēng)回流大部分彌補了1/A軸側(cè)通風(fēng)量的不足，同時也造成d區(qū)負壓過大。由式，因為G=VA，冷卻塔通風(fēng)面積一定。所以，Ps=代入數(shù)據(jù)，Ps=(1-0.8836) =0.3Pa超出的負壓，使得d區(qū)通風(fēng)惡化，上部熱風(fēng)更多從b2區(qū)流向d區(qū)，即實際上部通風(fēng)量應(yīng)為：58%+4%=62%，d區(qū)上、下兩部分空氣混合而成1/A側(cè)冷卻塔的進風(fēng)，混合后的濕球溫度tw(A軸空氣濕球溫度tw=27.9)。代入數(shù)據(jù)，求得hw=21.94Kcal/kg按空調(diào)二類地區(qū)換算，可得混合后的空氣濕球溫度：tw=28.3。它說明1/A軸側(cè)冷卻塔的進風(fēng)濕球溫度要比A軸側(cè)的高出0.4。按式可以得出塔熱空氣的焓h2：h2=21.307+1.605(38-32)=30.937 Kcal/kg(注：如果按38排風(fēng)溫度，出塔熱空氣的焓應(yīng)為35.848 Kcal/kg)依照上述結(jié)果推算，1/A軸側(cè)冷卻水出水溫度T2：T2=38-=32.4到此，計算完成。3）評述與結(jié)論以上結(jié)果是在抽象簡化后計算得出，鑒于冷卻塔在現(xiàn)場運行時情況更為復(fù)雜，例如，