冷却塔模拟计算方法论_secret

1、冷却塔模拟计算方法论 作者：熊志平简介： 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。 关键字：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400

2、0mm）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

3、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

4、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35.86134.79231.76229.88027.2

5、4726.41621.307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=1

6、97.3M/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

7、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

8、%；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

9、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：

10、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

11、= 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

12、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，