冷却塔模拟计算方法1.doc

冷却塔模拟计算方法论摘要： 本文简述了冷却塔冷却塔的选型，校核计算，模拟计算方法等，供大家参考。 关键词： 冷却塔选型 模拟计算 冷却塔一、 简述如上图，冷却塔放于层间，运行时冷却塔进/排风大致可分为6个区间（图中箭头表示风向，其长度表示风量大小）；它们分别是：a 区冷却塔在a轴方向的主要进风面，该处装有1250mm高百叶3层。b1/b2冷却塔入风回流区，在这两个区很可能出现负压；回流在b2区会较多出现。c 区冷却塔高速排风区。d 区冷却塔在1/a轴方向通风区，该区为负压区，风速较a区高，且以乱流出现居多。e 区热风扩散区；冷却塔排风经过一段距离（冷却塔排风口到建筑顶部百叶约4000mm）后，动压明显下降，静压上升，该区属正压区，其间大部分热风经建筑顶部百叶排入大气，少部分弥散后排风受阻会滞留一段时间，但，由于上下（e 区b区）空间随机存在着压差，使得部分e区弥散的热风回流。二、 冷却塔的选型1、设计条件温度：38进水，32出水，27.9湿球；水量：1430m/h；水质：自来水；耗电比：60kw/台，0.04kw/mh，场地：23750mm5750mm；通风状况：一般。2、冷却塔选型符合以上条件的冷却塔为：lrcm-h-200sc81台。（冷却塔设计基准37-32-28，此条件下冷却塔处理水量为名义处理水量）其中，lrc表示良机方形低噪声冷却塔，m表示大陆性气候适用，h表示加高型，200表示冷却塔单元名义处理水量200m/h，s表示该机型区别于一般冷却塔，c8表示该塔共由8个单元并联组合而成，即名义处理总水量为1600m/h。冷却塔的外观尺寸为：2263039804130。冷却塔配电功率：7.5kw8=60kw，耗电比为601600=0.0375kw/mh。三、 校核计算1、已知条件：冷却塔lrcm-h-200sc8在37-32-28温度条件下单元名义处理水量l=200 m/h；冷却塔风量g=1690m/min。2、设计条件：热水温度：t1=38；冷水温度：t2=32；外气湿球温度：tw=27.9；大气压：pa=76mmhg；处理水量：l=179 m/min；水气比：l/g=1.605；热负荷：q=1074000kcal/h；组合单元数：n=8。3、冷却塔特性值依照cti标准所给出的计算公式kav/l=近似计算为kav/l=代入数据得，kav/l=1.251。其中当tx=t1-0.1（t1-t2）时，dh1=（hw ha）；当tx=t1-0.4（t1-t2）时，dh2=（hw ha）；当tx=t2+0.4（t1-t2）时，dh3=（hw ha）；当tx=t2+0.1（t1-t2）时，dh4=（hw ha）； 水温度湿球温度t1 t2tw38.037.435.634.432.632.027.9焓值35.86134.79231.76229.88027.24726.41621.307焓值单位为kcal/kg。随水气比的变化可得到以下数据：l/g1.1001.3001.5001.6051.7001.9002.10kav/l0.9671.0581.1751.2511.3331.5661.963由上表数值可以求得冷却塔特性曲线，再按斜率k=-0.6交于设计点（见曲线图）。4、冷却塔冷却能力比较由上列数值绘出设计条件之特性曲线，然后由设计点（l/g， kav/l）绘出水塔特性斜线与37-32-28标准特性曲线相交得到l/g=1.769。即，设计条件转换到37-32-28标准条件下之当量水量l=（l/g）*g代入数据，l=1.7691690601.1=197.3m/h。而lrcm-h-200s之名义处理水量l=200 m/h，可以满足设计条件。5、结果lrcm-h-200s名义处理水量200 m/h大于设计当量水量197.3m/h，所以，此机型能满足使用要求。四、模拟运行计算1、建立数学模型冷却塔实际运行中，各参数的变化是很复杂的，无论何种形式，在表示其热工特性的重要参数上，有，以焓为基准的总容积传热系数（kav/l）与填料的材质特性（ka）、冷却塔的结构形式、淋水密度（l/al）、水气比（l/g）、塔体断面通风风速或风负荷（g/ag）等诸多因素；再综合冷却塔的运行环境等因素，可以设定以下条件：1）冷却塔风机静压ps恒定；2）冷却塔循环水量l一定（此处不计偏差）；3）冷却塔热容量q一定（按主机最大负荷计），且入水温度t1为一定；4）冷却塔放置位置不变；5）冷却塔结构形式不变。于是，可以知道变化的主要参数有：1）冷却塔风机的风量g；2）冷却塔风机的出水温度t2；3）环境湿球温度tw；我们可以抽象出以下方法对冷却塔的实际运行进行简化模拟：a对冷却塔a区进风冷却塔进风动力源于风机所产生的静压ps与塔体入风口静压pa之差ps。va=； 设定a轴百叶开启角度20，再考虑塔体入风百叶影响，取=1.12。b 对冷却塔d区通风只有塔体入风百叶，取=1.05。c对冷却塔b区通风b1区靠a轴百叶仅150mm左右，通风量按它与进风口高度之百分比计约为4%；b1区靠1/a轴距离约1650mm左右，通风量按它与进风口高度之百分比计约为58%。d对冷却塔c区排风c区为冷却塔高速排风区，在空间上，它近似于有限空间射流，射流的外形象橄榄。式中vx射程x处的射流轴心速度；v0射流出口处的初平均速度；x出口至计算断面的距离；d0送/排风口直径；a送/排风口的紊流系数；上式是自由射流，它可以大致绘出射流的具体形状（如射程、最大射流断面）。但，在受限空间，排风口的速度衰减估算一般采用下式。受限空间射流的压力场是不均匀的，各断面的静压随射程的增加而增加；同时，由于射流速度场的相似性，必然有温度场的相似性。此处简化计算为平均值。式中，tx射流x处与周围空气的温度差；t0射流出口处与周围空气的温度差。e对冷却塔e区滞留热空气射流上部受栅栏影响，部分空气流向分散；以及射流过程中排风热空气与周围空气进行热能与动量的交换，其结果导致周围空气温湿度升高，焓值升高的空气一部分上升，另一部分滞留于栅栏下部空间。这两部分一起形成了e区的滞留热空气。通过以上建模分析可知，此环境中运行的冷却塔要克服的问题是：b区回流高温高湿空气；d区负压值过大，风量可能不足；c区滞留热空气。2、参数估算1） 已知冷却塔入风口尺寸：7.452=14.9m冷却风机直径：2000mm 冷却风机的总静压：110pa冷却风机的名义风量：28.17 m/s 塔体风阻力：90 pa冷却塔设计处理水量：179m/h冷却塔有效散水面积：6.1m冷却塔填料容积：14.63m冷却塔进水温度：38环境湿球温度：27.9a轴百叶面积：11.25 m易得，冷却塔水负荷(l/al)：29.36 m/ mh冷却塔填料特性值(ka)：15306冷却塔出风口风速(v0)：8.98 m/s冷却塔出风口动压（pv）：18.3paa轴百叶面通风风速：2.81 m/s（注：冷却塔基础墩高度750mm）2） 计算冷却塔通风遵循进出风量相等原则，可知，a区通风量与e区排风量相等。a在ce区，计算e区的静压与温度设从风机排出的空气与水热交换100%，即排风口饱和湿空气焓ha2=ha1+l/g（t1-t2） e区排风动压pveve= v0 当x/d=2时，ve=1.98m/s，即排风到达顶部栅栏时，动压基本转化为静压，ps16.1pa排风空气在此处静压呈正态分布，热风被排出。e区空气温度差te=（38-27.9）=0.87说明e区排风（非饱和湿空气）与周围空气之温度比较接近。e区弥散的热空气的湿球温度近似为：twe=27.9+0.87=28.77b在bd区其中，冷却塔进风两侧，一面临a轴，一面临1/a轴。假定，两面进风量相同，则冷却塔进风面风速约为1.89 m/s，每面进风量约14.08m/s。冷却塔进风临a轴侧，由于靠近百叶，所以风量视为足够；对临1/a轴侧，d区可分上、下两部分通风，其中上部通风约58%；同理，下部通风约38%；即是说，由于下部通风量的不足，上部热风回流大部分弥补了1/a轴侧通风量的不足，同时也造成d区负压过大。由式，因为g=va，冷却塔通风面积一定。所以，ps=代入数据，ps=(1-0.8836) =0.3pa超出的负压，使得d区通风恶化，上部热风更多从b2区流向d区，即实际上部通风量应为：58%+4%=62%，d区上、下两部分空气混合而成1/a侧冷却塔的进风，混合后的湿球温度tw(a轴空气湿球温度tw=27.9)。代入数据，求得hw=21.94kcal/kg按空调二类地区换算，可得混合后的空气湿球温度：tw=28.3。它说明1/a轴侧冷却塔的进风湿球温度要比a轴侧的高出0.4。按式可以得出塔热空气的焓h2：h2=21.307+1.605(38-32)=30.937 kcal/kg(注：如果按38排风温度，出塔热空气的焓应为35.848 kcal/kg)依照上述结果推算，1/a轴侧冷却水出水温度t2：t2=38-=32.4到此，计算完成。3）评述与结论以上结果是在抽象简化后计算得出，鉴于冷却塔在现场运行时情况更为复杂，例如，风机静压的影响，环境的蓄热量，分水均匀度，风叶片的安装角度等等，但，总的说来，冷却塔出水温度偏差应在0.40.7内。五、可选改善方案与建议1）可选改善方案为使冷却塔的运行效果更好，可在冷却塔的出风口加装1500mm2000高的直立导风筒，以防排风动压下降过快。同时，冷却塔在设计时充分考虑余量，以缓减环境湿球升高的影响。2）建议由于冷却塔所在空间的空气湿度较大，所以建议作好建筑的防潮与防水工作。上海广播电视大厦空调设计简介、概况建筑面积约为30000m2，主楼地面上17层，地下1层，建筑高度约100m，裙房3层，屋面高度约34m。主楼平面呈三角形，采用三个钢筋混凝土筒体支撑的大型桁架结构体系，使主楼内形成一个600m2左右的大空间。大楼为电视台业务用房，内容有：多功能综合演播厅、新闻发布厅、新闻中心、新闻演播区、新闻配音、播音区、广播电视播出中心、国际广播电视交流及陈列、国际广播电视节目编辑及制作、餐厅酒吧等。地下层为设备用房，内容有：交配电室、冷冻机房、水泵房、冷库等。二、设计标准1. 温湿度计算机中心机房、电影机房、播出磁带库等t=1824，=40%65%；门厅、陈列厅、休息厅、交流厅t=1428其他房间t=1627；2. 噪声播音室 nr15db调音室 nr25db新闻演播室 nr25db新闻发布厅 nr25db多功能演播厅 nr25db三、工程设计1.空调系统根据不同使用情况，考虑不同的空调方式。电视记者编辑用房，国际广播电视节目编辑及制作用房等为风机盘管加新风系统。送风方式为顶送回或上侧送顶回。餐厅、语言播音、调音室、新闻发布厅、展览厅、门厅、交流厅、多功能厅等为低速全空气系统。送风方式为顶送下侧回。播出中心机房、电影放映机房等为整体式空调机组系统。活动地板下送风，上部回风。2. 冷热源及空调水系统冷源为1570kw(135104kcal/h)离心式冷水机组2台，698kw(60104kcal/h)活塞式冷水机组1台，可满足不同负荷时的使用要求（夏季冷水供水温度为7）。冬季热源是原有锅炉房供应的蒸汽，水系统经气水换热器后获得60温水供冬季采暖用。空调水系统为冷、热二管制、一次泵、闭式循环系统。供、回水管分二路，一路供主楼，一睡供裙房。3. 控制风机盘管配有温控器，能进行冬、夏转换，并通过电动二通阀控制室温。空调机水路上设有带温度传感器的电动二通调节阀以控制回风温度。新同机组则控制送风温度。冷冻机房供、回水管间设有用压差控制的电动二通旁通阀。4. 播音室、调音室系统为了满足对噪声控制的要求，除播音室、调音室全部采用房中房全浮筑隔声结构外，空调机房地坪也采用浮筑楼板以隔绝固体传声。所有产生振动的设备均配置减振器、减振垫。空调机上送、回风口设软接管，供、回水接口设双向挠性橡胶软接管。管道穿墙、穿楼板处作了弹性处理。风管、水管等均采用弹性吊支架支承，以减弱振动及固体传声。在所有送、回风管上设置了必要数量的消声器及消声弯头，并采取措施，防止各室这间串声干扰。5. 多功能厅系统本多功能厅面积约为1050m2，分成舞台区、活动舞台区、观众区三部分，功能上要求能满足：.电视演播.一般戏剧演出.举办音乐会等社会活动设计人数800，照明安装容量400kw。该系统采用65000m3/h组合式空调器两套，送风管敷设在屋顶网架里面。干管分成三路，一路供观众区，另二路供舞台区。回风大部分经设在观众区卒位下的条缝风口进入下面的静压箱，再通过风管回到空调器。另外，在舞台两侧分别设置一只回风口。为了满足舞台的不同使用要求，在舞台两侧的每根回风管上各设置一只电动风门，需要时可随时关闭。三路送风管上也分别设置电动风门，以便调节舞台区或观众区的不同温度要求。为了满足对噪声控制的要求，除了在送、回风管上设置必要的消声器与消声弯头外，对组合式空调器送、回风口处的噪声级也向厂商提出了限制。6. 新闻发布厅系统由于房间的布置形式及建筑结构上的要求，本系统空调机房设在发布厅楼上。空调箱的进、出风口只能在规定的梁间穿过，且送、回风管上要安装满足噪声要求的常规消声设备有困难，故在组合式空调器的进出风口处各设计一段非标准组合式消声器，将片式消声器与消声弯头组合在一起。技术经济指标表技术指标单位空调面积房间性质冷量指标(w/m2) (kcal/h.m2)热量指标(w/m2) (kcal/h.m2)裙房304262182157办公205176.7144123.7客房公寓148127.4118101.9耗电量(kw/m2)0.1158空调总面积(m2)13178经济指标空调总造价8246950(元)单位空调面积造价625.7(元/m2)单位冷量造价3.0(元/w), 3.5(元/kcal/h)概算单位建筑面积总指标土建指标总造价(元)单位造价(元/m2)土建造价(元)单位造价(元/m2)751061403131434339401811主要空调设备表形式代号(1)活塞式(2)离心式(3)螺杆式(4) 吸收式(5)分体式(6) 水-水热泵(7) 空气-水热泵制冷机组序号形式台数单台制冷量(kw, kcal/h)总计电机功率(kw) 蒸