填料加盤管型閉式冷卻塔冷卻性能的理論分析與實驗驗證

1、填料加盤管型閉式冷卻塔冷卻性能的理論分析與實驗驗證我國是個水資源極度貧乏的國家，同時我國能源情況亦不容樂觀。針對上述問題，為了完成國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十二五” 規(guī)劃綱要中關(guān)于節(jié)能減排的約束性目標(biāo)，我們要在城市及工業(yè)生產(chǎn)中大量發(fā)展循環(huán)使用冷卻水技術(shù)以及蒸發(fā)冷卻技術(shù)。閉式冷卻塔則恰恰兼具以上兩種核心技術(shù)，由于其采用閉式循環(huán)減少了冷卻水的損失，起了節(jié)水節(jié)能的效果， 同時閉式冷卻塔中的冷卻降溫的機理主要就是蒸發(fā)冷卻，因而其在現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用中也就日漸普及。早期無填料型閉式冷卻塔的噴淋水蒸發(fā)傳質(zhì)過程完全發(fā)生在盤管表面。為達到蒸發(fā)量、 保證換熱量， 必須采用大面積盤管。 這不但增加了金屬材料使用量，導(dǎo)致成本

2、升高，而且設(shè)備質(zhì)量及占用空間也較大。而填料加盤管型閉式冷卻塔集合了典型的開式冷卻塔和無填料型閉式冷卻塔的優(yōu)點，既能像普通開式冷卻塔通過設(shè)置大比表面積填料來增大熱質(zhì)交換面積增強冷卻性能， 使得管內(nèi)流體介質(zhì)出口溫度更低；同時也能像無填料型閉式冷卻塔保持盤管內(nèi)介質(zhì)較高的清潔度，降低噴淋水排污量， 明顯改善盤管表面結(jié)垢現(xiàn)象，降低了制造、運行和設(shè)備維護成本。本課題在熱質(zhì)交換原理的基礎(chǔ)上，通過Poppe法和 Merkel 法兩種假設(shè)，分別對填料加盤管型閉式冷卻塔盤管段和填料區(qū)進行質(zhì)量和能量平衡分析， 由此建立無填料型閉式冷卻塔和填料加盤管型閉式冷卻塔的數(shù)學(xué)模型。同時，分別搭建無填料型閉式冷卻塔和填料加盤管

3、型閉式冷卻塔實驗平臺，系統(tǒng)研究空氣濕球溫度、空氣流量、冷卻水流量、冷卻水進口溫度、噴淋密度以及冷卻水流動方向等性能參數(shù)對無填料型閉式冷卻塔和填料加盤管型閉式冷卻塔冷卻性能的影響規(guī)律， 并與建立的數(shù)學(xué)模型進行對比。分析基于兩種理論方法計算結(jié)果和實驗測試結(jié)果可見， 無填料型閉式冷卻塔和填料加盤管型閉式冷卻塔的冷卻性能在相同的性能參數(shù)影響下變化趨勢基本一致。對于無填料型閉式冷卻塔， 基于 Poppe 法預(yù)測的冷卻水出口溫度與實驗結(jié)果的最大誤差僅為0.99%1.9%，空氣出口焓值最大誤差為2.2%4.9%；基于 Merkel法預(yù)測的冷卻水出口溫度與實驗結(jié)果的最大誤差為1.4%2.4%，空氣出口焓值最大

4、誤差為 3.7%5.6%。對于填料加盤管型閉式冷卻塔，基于Poppe 法預(yù)測的冷卻水出口溫度與實驗結(jié)果的最大誤差僅為2.7%3.9%，空氣出口焓值最大誤差為6.3%9.2%；基于 Merkel 法預(yù)測的冷卻水出口溫度與實驗結(jié)果的最大誤差為2.7%6.3%，空氣出口焓值最大誤差為13.5%18.1%?？梢?Poppe法模擬結(jié)果比 Merkel 法更接近實驗值，即更接近實際工程情況。同時考慮到工程上更關(guān)心的是閉式冷卻塔的冷卻水出口溫度，因而只對比分析冷卻水出口溫度的模擬計算結(jié)果和實驗測試結(jié)果，基于Poppe法和 Merkel 法所建立的無填料型和填料加盤管型閉式冷卻塔理論模型模擬計算均滿足工程精度

5、要求。因此，可以用 Merkel 法替代 Poppe法應(yīng)用于實際工程計算當(dāng)中。對比分析在同一實驗工況下基于兩種理論方法計算和實驗測試結(jié)果，填料加盤管型閉式冷卻塔的冷卻水出口溫度均分別比無填料型低了0.7769 1.8068 、 0.961 2.5084 和 0.4 0.9 ，冷卻塔效率均分別高出7.47%17.37%、6.3%24.12%和 3.85%8.66%?？梢姡谕粚嶒灩r下， 填料加盤管型閉式冷卻塔的冷卻性能要明顯好于無填料型閉式冷卻塔。 同時，分析填料加盤管型閉式冷卻塔冷卻水流向?qū)鋮s性能的影響， Poppe法、Merkel 法理論計算和實驗測試結(jié)果顯示，冷卻水下進上出情況下的冷卻水出口溫度均分別比冷卻水上進下出低了0.6007 1.5665 、0.6464 1.8919和 0.2 0.4 ，冷卻塔效率均分別高出5.79%17.3%、6.22%18.19%和 1.92%4.25%。可見填料加盤管型閉式冷卻塔的