闭式冷却塔蒸发冷却盘管传热传质性能研究.pdf

文章编号院 1000谣7466(2023)06谣0006谣10收稿日期院 2023-06-16作者简介院 李晨光（1969-），男，山西陵川人，高级工程师，学士，长期从事工业水处理技术在石油化工领域的应用与研究工作。通信作者院 王元华渊1968-冤袁男袁江苏泰州人袁副教授袁博士袁主要从事化工节能技术研发工作遥闭式冷却塔蒸发冷却盘管传热传质性能研究李晨光1袁 王元华2袁 厉勇3袁 王仲义2渊1.中国石化 天津分公司袁 天津300271曰 2.华东理工大学 机械与动力工程学院袁 上海200237曰3.中国石化 大连石油化工研究院袁 辽宁 大连116000冤摘要院 蒸发冷却盘管在闭式冷却系统中广泛应用袁 基于 Poppe 法构建了新型闭式冷却塔蒸发冷却盘管模块的传热传质模型袁 给出了冷却盘管管内无相变尧 管内冷凝传热系数尧 管外膜传热系数尧 管外喷淋水膜到空气的传质系数以及管内流体和管外空气压降的计算方法和经验公式遥 采用MATLAB 和 Aspen HYSYS 软件编写了多种工况下的蒸发冷却盘管设计和校核计算程序袁 将水气逆流模块程序计算结果与 Hasan 实验台试验结果进行比较袁 管内冷却水尧 管外喷淋水膜沿管程的温度分布高度吻合袁 误差均低于 5%遥 在此基础上分析了管内冷却介质质量流量尧 喷淋水质量流量尧 风量和空气湿球温度对蒸发冷却盘管热力性能的影响袁 得到各运行参数对蒸发冷却盘管总传热系数尧 冷却效率尧 运行压降及热负荷的影响规律袁 可为闭式冷却塔运行优化提供理论依据遥关键词院 蒸发冷却盘管曰 闭式冷却塔曰 热力性能曰 数值模拟中图分类号院 TU991.42文献标志码院Adoi:10.3969/j.issn.1000-7466.2023.06.002Study on Heat and Mass Transfer Performance of Evaporative CoolingCoil in Closed Cooling TowerLI Chen-guang1袁WANG Yuan-hua2袁LI Yong3袁WANG Zhong-yi2渊1.Tianjin Branch袁SINOPEC袁Tianjin 300271袁China曰2.School of Mechanical and Power Engineering袁East China University of Science and Technology袁Shanghai 200237袁China曰3.Dalian Petrochemical Research Institute袁Dalian 116000袁China冤Abstract:Evaporativecoolingcoiliswidelyusedinclosed coolingsystems.The heatand mass transfermodelof the evaporative cooling coil module of the new closed cooling tower was constructed based on the Poppemethod.Thecalculationmethodsandempiricalformulasofnophasetransitionandcondensationheattransfercoefficient in cooling coil tube袁heat transfer film coefficient outside the tube袁mass transfer coefficient fromspray water film to air outside the tube袁and pressure drop of fluid and air outside tube were given.Theevaporative cooling coil design and check calculation programs under various working conditions werecompiled by using MATLAB and Aspen HYSYS software.The calculation results of the water vaporcountercurrent module were compared with the test results of the Hasan test bench.The temperaturedistribution of cooling water inside the tube and spray water film outside the tube is highly consistent袁and theerror is less than 5%.On this basis袁 the effects of cooling medium flow rate袁spray water flow rate袁air volume袁and air wet bulb temperature on the thermal performance of the evaporative cooling coil were analyzed.The第 52 卷第 6 期2023 年 11 月石油化工设备PETRO谣CHEMICAL EQUIPMENTVol.52No.6Nov.2023第 6 期effects of various operating parameters on the total heat transfer coefficient袁cooling efficiency袁operatingpressure drop袁and heat load of the coil were obtained袁which provides a theoretical basis for the operationoptimizationoftheclosedcoolingtower.Key words:evaporative cooling coil曰closed cooling tower曰thermal performance曰numerical simulation李晨光袁等院闭式冷却塔蒸发冷却盘管传热传质性能研究符 号 说 明Gi尧Gn要要要换热管内和热交换器进出口管内质量流速袁kg/渊m2窑 s冤GN1要要要气体进口时的质量流速袁kg/渊m2窑s冤灼要要要结垢补偿系数灼=0.6+0.4/ln渊10 300ri+2.7冤ri要要要管内介质结垢热阻袁渊m2窑K冤/Wro要要要管外壁污垢热阻袁渊m2窑K冤/W籽i要要要管内介质密度袁kg/m3籽1要要要气体进口时的密度袁kg/m3籽f要要要出口空气的平均密度袁kg/m3籽a要要要干空气密度袁kg/m3准i要要要壁温修正系数准i=滋i/滋w蓸蔀0.14滋i要要要介质黏度袁Pa窑s滋w要要要壁温下介质黏度袁Pa窑sfi要要要管程流体的摩擦因数着要要要进口条件下压降校正系数准要要要考虑水膜使空气阻力增加的系数袁 一般取1.21.5孜要要要管束阻力系数孜=(5.4+3.4Nr)Rea-0.28Nr要要要管程数Rea要要要空气的雷诺数Rew要要要喷淋水的雷诺数Re尧ReE要要要雷诺数和当量雷诺数棕max要要要管束最窄截面处的风速袁m/s移孜要要要挡水板阻力系数袁单波取孜=3vd要要要挡水板最窄截面处风速袁m/svd1.2uu要要要实际迎面风速袁m/sZ要要要喷嘴排管数hi要要要管内冷却介质与管内壁面之间的膜传热系数袁W/渊m2窑K冤hw要要要管外喷淋水膜与管外壁面之间的膜传热系数袁W/渊m2窑K冤hcf要要要冷凝液膜传热系数袁W/渊m2窑K冤hsv要要要气相显热传热系数袁W/渊m2窑K冤h要要要水膜-空气对流传热系数袁W/渊m2窑冤hv要要要多 组 分 混 合 蒸 汽 冷 凝 气 相 传 热 系 数 袁W/渊m2窑冤啄要要要管壁厚度袁m姿要要要管材导热系数袁W/渊m窑K冤di要要要换热管内径袁mdo要要要换热管外径袁mGw要要要喷淋密度袁kg/渊m2窑s冤驻tp要要要冷却温差袁驻tp=tpi-tpotpi要要要管内冷却介质进口温度袁tpo要要要管内冷却介质出口温度袁茁要要要逼近度袁茁=tpo-twbtwb要要要湿球温度袁tp要要要管内冷却介质温度袁tw要要要管外喷淋水膜温度袁ta要要要空气干球温度袁r要要要0 下水的蒸发焓袁J/kgqmw要要要喷淋水质量流量袁t/hqma要要要干空气质量流量渊风量冤袁t/hqmp要要要管内冷却介质质量流量袁t/hw要要要含湿量袁kg/kgK要要要管内冷却介质到管外喷淋水膜的总传热系数袁W/渊m2窑K冤A要要要面积袁m2hd要要要管外喷淋水膜到空气的传质系数袁kg/渊m2窑 s冤ws要要要水膜表面空气饱和含湿量袁kg/kgQa要要要干空气的换热量袁JQm要要要蒸发传质换热量袁JQc要要要对流传热量袁Jrw要要要0 下喷淋水的蒸发焓袁J/kgcw要要要喷淋水比热容袁J/渊kg窑冤cp要要要管内冷却介质比热容袁J/渊kg窑冤ca要要要ta/2 下干空气的比热容袁J/渊kg窑冤cv要要要ta/2 下水蒸气比热容袁J/渊kg窑冤caw要要要tw/2 下干空气的比热容袁J/渊kg窑冤cvw要要要tw/2 下水蒸气的比热容袁J/渊kg窑冤L要要要管长袁m姿l要要要凝液导热系数袁W/渊m窑K冤C袁m袁n要要要待定系数Pr要要要普朗特数Ga要要要空气流量密度袁kg/(m2窑s)p要要要压强袁Pa7窑窑2023 年第 52 卷石油化工设备蒸发冷却技术是通过水与空气的热湿交换来获取冷量的一种高效环保的冷却方式遥 闭式冷却塔是间接蒸发冷却技术的一种典型应用形式袁闭式冷却塔中的冷却介质与空气和喷淋水不直接接触袁 管内冷却介质通过间壁式的换热盘管和管外流体进行热交换遥 本文以闭式冷却塔蒸发冷却盘管为研究对象袁建立并求解其传热传质理论模型袁进行蒸发冷却盘管的热力特性研究袁 以期为后续蒸发冷却盘管的优化设计和运行打下基础遥1闭式冷却塔蒸发冷却盘管传热传质数学模型建立1.1蒸发冷却盘管传热传质过程闭式冷却塔的蒸发冷却系统包括喷淋泵尧收水器尧风机尧风筒及蒸发冷却盘管等袁其结构组成见图 1遥 蒸发冷却盘管部分的传热传质过程较为复杂袁涉及管内冷却介质尧管外喷淋水和掠过管束的空气 3 股流体袁 整个传热传质过程可分为 2 个阶段袁以温差为推动力袁管内冷却介质通过冷却盘管将热量传递给包裹在盘管外壁面的喷淋水膜遥以焓差为推动力袁喷淋水膜表面与空气之间进行潜热传质和显热传热过程遥 蒸发冷却盘管单管传热过程示意见图 2遥图 1闭式冷却塔蒸发冷却系统结构组成图 2蒸发冷却盘管单管传热过程示图1.2蒸发冷却盘管传热传质控制方程在蒸发冷却盘管中袁 工艺冷却介质在管内流动袁喷淋水被喷洒在交错的水平管外袁喷淋水蒸发到掠过管束的空气中遥 对此过程中的模型进行一定的简化和假设咱1暂袁可从基本原理导出蒸发冷却盘管的传热传质分析模型遥 以最常见的水气逆流式蒸发冷却盘管为例袁 对图 3 所示的管束单元模型进行稳态分析咱2-3暂遥图 3蒸发冷却盘管管束单元传热传质示图对管束单元袁根据质量守恒定律可得院qmp+qma(1+w)+qmw=qmp+qma(1+w+dw)+(qmw+dqmw)渊1冤根据能量守恒可得院qmpcptp+qma(1+w)ia+qmwcwtw=qmpcp(tp+dtp)+qma渊1+w+dw冤(ia+dia)+(qmw+dqmw)cw(tw+dtw)渊2冤由式渊1冤化简可得院dqmw=-qmadw渊3冤即喷淋水吸热蒸发的减少量全部转换为干空气中水蒸气渊含湿量 w冤的增加量遥 式渊2冤中袁空气中水蒸气含量相对于干空气质量可忽略不计袁再舍去 2 阶小项袁化简可得院dtw=-1qmwcw(qmpcpdtp+qmadia+cwtwdqmw)渊4冤根据管内介质的热量变化尧 管内冷却介质与管外喷淋水膜的换热量可得院dtp=-K(tp-tw)dAqmpcp渊5冤空气含湿量的变化为院dw=hd(ws-w)dAqma渊6冤空气未饱和的情况下袁空气-水膜界面上的总焓转移是由水蒸气浓度差和温度差引起的袁即院dQa=dQm+dQc=qmadia渊7冤其中由浓度差引起的蒸发传质所带来的换热量为院dQm=渊r+cvwtw冤dqma=rwhd(ws-w)dA渊8冤8窑窑第 6 期李晨光袁等院闭式冷却塔蒸发冷却盘管传热传质性能研究由温度差引起的对流传热量为院dQc=h(tw-ta)dA渊9冤将式渊8冤尧式渊9冤代入式渊7冤可得院dQa=rwhd(ws-w)+h(tw-ta)dA渊10冤单位质量干空气中湿空气渊空气尧水蒸气混合物冤的焓值 ia为院ia=cata+w(r+cvta)渊11冤喷淋水膜温度下对应的单位质量饱和空气焓值 ias为院ias=cawtw+ws(r+cvwtw)=cawtw+wsrw渊12冤由于空气和喷淋水膜之间的温差比较小袁故可忽略温度变化导致的干空气和水蒸气比热容的变化袁则由式渊11冤尧式渊12冤可得院ias-ia=(ca+wcv)(tw-ta)+(ws-w)rw渊13冤或tw-ta=(ias-ia)-(ws-w)rw/(ca+wcv)渊14冤将式渊14冤代入式渊10冤袁有院dQa=hd嗓h(ca+wcv)hd(ias-ia)+1-h(ca+wcv)hd蓘蓡(ws-w)rw瑟dA渊15冤引入刘易斯因子 Lef=h/(hdca)袁由于 wcv相对于 ca很小袁可忽略袁所以 h/(ca+wcv)hd可近似等于 Lef遥根据文献咱2暂给出的经验式袁有院Lef=0.8650.667ws+0.622w+0.622-1蓸蔀lnws+0.622w+0.622蓸蔀渊16冤将式渊15冤代入式渊7冤袁可得院dia=hdmaLef(ias-ia)+(1-Lef)(ws-w)rw蓡dA渊17冤联立式渊3冤式渊6冤尧式渊16冤尧式渊17冤即可求解蒸发冷却盘管管束单元的传热传质情况袁 此方法即 Poppe 法遥1.3蒸发冷却盘管压降计算模型1.3.1管程流体压降对管内无相变气体或液体冷却过程袁 冷却盘管内单相流体的总压降 pi由沿程摩擦损失pt尧弯头损失 pr及进出口处的阻力损失 pN组成的咱4暂院pi=渊pt+pr冤+pN渊18冤其中pt=Gi2LNrfi2籽idi准i渊19冤pr=2Gi2籽iNr渊20冤pN=0.75Gn2/籽i渊21冤对管内气体冷凝过程袁总压降计算式为咱4暂院pi=fi2GN12L籽1diNr着灼渊22冤1.3.2管外空气压降管外空气总压降pw由通过管束的阻力p1尧通过挡水板的阻力p2及通过喷水排管的阻力p3组成咱5暂院pw=p1+p2+p3渊23冤其中p1=准孜棕max2籽f/2渊24冤p2=孜vd2籽a/2渊25冤p3=0.1Z籽au22渊26冤1.4热力模型中各参数确定1.4.1 管内冷却介质到管外喷淋水膜总传热系数管内冷却介质到管外喷淋水膜的总传热系数K 计算公式为院1K=1hidodi+ridodi+啄姿dolndodi蓸蔀do-di+ro+1hw渊27冤1.4.2管内膜传热系数 hi水平管内无相变气体或液体冷却的管内膜传热系数采用 Sieder and Tate 推荐的关联式进行计算咱6暂遥 当 Re 104时渊湍流区冤袁有院hi=0.023渊姿p/di冤Re0.8Pr1/3渊28冤当管内为纯组分蒸汽的冷凝时袁 水平管内冷凝膜传热系数可按 Akers 关联式进行计算咱7暂遥hi=C姿ldiReEnPrlm渊29冤水平管内多组分混合蒸汽冷凝传热的计算可以分成两部分袁首先计算冷凝液膜的传热系数袁其次求出气相传热系数袁 然后综合求出冷凝传热系数 hi袁c咱8-9暂院hi袁c=llhcf+lhv=llhcf+Zhsv渊30冤1.4.3管外传热系数 hw对于管外喷淋水膜与管外壁面间的传热系数袁 国内外已有很多学者做过研究并拟合出计算关联式袁但由于实验盘管的结构不同袁所以计算公式也不一致遥Paker R O 等咱3暂实验得出 hw受喷淋水温度 tw和喷淋水质量流量 qmw影响很大袁 水气逆流和水气顺 流时的 hw分别按照 式 渊31冤尧式 渊32冤进 行计算院hw=704(1.39+0.022tw)Gw13渊31冤9窑窑2023 年第 52 卷石油化工设备hw=880(1.39+0.022tw)Gw13渊32冤Mizushina T 等咱10暂对不同管径的换热盘管进行实验袁根据实验结果拟合得到院hw=2 100Gw1/3渊33冤Niitsu Y 等咱11-13暂实验给出 16 mm 管径换热管的 hw计算关联式院hw=990Gw0.46渊34冤Heyns J A 等咱14暂实验拟合的公式加入了空气流量对传热系数的影响院hw=470Ga0.1Gw0.35tw0.3渊35冤1.4.4管外喷淋水膜到空气的传质系数 hd喷淋水膜与空气之间存在质量扩散和热量传递的耦合袁是整个传热传质过程中最复杂的环节袁目前没有统一的计算公式袁 广泛运用的计算经验式有以下几个遥Paker R O 等咱3暂的计算经验式院hd=0.049G0.905a渊36冤Mizushina T 等咱10暂的计算经验式院hd=5.543 910-8Re0.9aRe0.15wd-1.6o渊37冤Niitsu Y 等咱11-13暂的计算经验式院hd=0.076G0.8a渊38冤Heyns J A 等咱14暂的计算经验式院hd=0.038G0.73aG0.2w渊39冤1.4.5各流体物性参数对于热力模型中涉及到的喷淋水和管内冷却介质的物性参数 渊比定压热容尧 黏度尧 导热系数等冤袁采用 Aspen HYSYS V9 软件进行查询遥 对于湿空气袁水膜表面空气饱和含湿量 ws和水膜表面饱和蒸汽压 ps分别采用以下公式进行计算咱15-17暂院ws=0.622psp-ps渊40冤ps=215exp 18.591 6-3 991.11tw+233.84蓸蔀渊41冤2闭式 冷 却塔 蒸 发 冷 却 盘 管 传 热 传 质MATLAB 计算求解2.1解析模型以水气逆流式为例袁 将蒸发冷却盘管的每个管程都划分为 n 个管束单元袁 所有管束单元可以组成 Nrn 的矩阵遥 蒸发冷却盘管的解析模型见图 4遥 对每个单元进行热力计算袁 采用控制方程组要要要式渊1冤式渊6冤尧式渊16冤尧式渊17冤求解每个单元的 dtp尧dqmw尧dtw尧dw尧dia袁将上一行单元计算的结果 qmw尧tw尧w尧ia作为下一行单元的输入条件袁前一列计算的结果 tp作为后一列单元的输入条件袁每个单元的流体物性按单元的进口温度尧 压力进行查询或计算遥图 4蒸发冷却盘管解析模型水气逆流式蒸发冷却盘管传热传质的控制方程为式渊42冤式渊46冤袁根据各公式可以得到每个单元变量之间的联系袁从而将计算传递下去遥dqmw=qmw,(j+1,i)-qmw,(j,i)=-qmadw渊42冤dtw=tw,(j+1,i)-tw,(j,i)=-1qmwcw(qmpcpdtp+qmadia+cwtw,(j,i)dqmw)渊43冤dtp=tp,(j,i+1)-tp,(j,i)=-K(tp,(j,i)-tw,(j,i)dAqmpcp渊44冤dw=w(j,i)-w(j+1,i)=hd(ws,tw(j,i)-w(j+1,i)dAqma渊45冤dia=ia,(j,i)-ia,(j+1,i)=hdLef(ias,tw(j,i)-ia(j+1,i)+(1-Lef)(ws,tw(j,i)-w(j+1,i)rwdAqma渊46冤2.2求解过程采用二维计算求解蒸发冷却盘管传热传质性能袁求解程序框图见图 5遥在 MATLAB 计算中袁计算方向沿管内冷却介质流动方向袁即奇数行从单元 1 计算到单元 n袁进入下一行偶数行从单元 n 计算到单元 1袁 依次从第一行渊管程 1冤计算到最后一行渊管程 Nr冤袁计算结束遥 由于第一行单元的空气焓值尧含湿量未知袁即管束的空气出口焓值 iao尧含湿量 wo未知袁故需进行假设袁然后依次计算得到每个单元的 tp尧qmw尧tw尧w尧ia遥 当满足计算收敛条件袁 即计算进口空气焓值尧含湿量渊最后一行的空气焓值尧含湿量冤与实际10窑窑第 6 期李晨光袁等院闭式冷却塔蒸发冷却盘管传热传质性能研究进口空气焓值尧含湿量的偏差小于 0.5%后袁停止假设袁输出结果袁得到每个单元的 tp尧qmw尧tw尧w尧ia袁否则继续假设袁重新计算遥2.3数学模型验证根据 Hasan 的实验装置咱18暂袁设定蒸发冷却盘管内冷却介质的质量流量 qmp=2.88 t/h袁 风量qma=10.8 t/h袁 喷淋水质量流量 qmw=4.932 t/h遥蒸发冷却盘管结构参数为袁管程数 Nr=12袁单程管数 Nt=19袁管外径 do=10 mm袁管内径 di=8 mm袁横向间距 S1=0.06 m袁 纵向间距 S2=0.02 m袁 管长 L=1.2 m遥 管内为无相变的液体冷却过程袁MATLAB 求解计算得出的管内冷却介质温度 tp渊P冤尧管外喷淋水水膜温度 tw渊P冤沿管程变化情况与文献咱18暂实验结果 tp渊H冤尧tw渊H冤的比较见图 6遥由图 6 可知袁 计算得到的每个管程的冷却介质温度和喷淋水水膜温度都与实验测试值高度吻合袁误差均远低于 5%遥3蒸发冷却盘管运行参数对热力性能影响分析3.1冷却性能评价指标在蒸发冷却盘管结构参数确定的情况下袁采用不同的运行参数会导致同一设备表现出不同的图 6 蒸发冷却盘管管内冷却介质温度及管外喷淋水水膜温度沿管程变化曲线对比热力性能遥 研究采用的蒸发冷却盘管管束规格为26.7 mm23.7 mm2 m袁单程有 36 根管渊正三角形排列袁单程由 2 排管束组成袁每排 18 根管冤袁共10 程遥 对喷淋水未采用其他冷却措施袁即要求喷淋水膜进口温度 twi与出口温度 two相同遥 对蒸发冷却盘管进行校核型计算袁 预测其在给定运行参数下的热力性能袁分析主要运行参数渊管内冷却介质流量尧喷淋水流量尧风量及空气湿球温度冤对蒸发冷却盘管热力性能的影响规律遥蒸发冷却盘管的冷却性能有冷却温差 tp和图 5 MATLAB 求解程序框图11窑窑2023 年第 52 卷石油化工设备冷却效率 浊 这 2 个评价指标遥 冷却温差是指进口冷却介质温度与出口冷却介质温度之差袁 也称冷却幅度遥冷却效率为冷却幅度与冷却幅度尧冷却逼近度之和的比值遥在极限情况下袁冷却效率最大为100%袁即冷却介质出口温度下降到空气的湿球温度遥 冷却效率计算公式为院浊=tp茁+tp渊47冤3.2运行参数影响分析3.2.1冷却介质质量流量给定运行参数袁 管内冷却介质的进口温度tpi=50 袁喷淋水质量流量 qmw=54.78 t/h袁风量qma=45.65 t/h袁空气干球温度 ta=30 袁湿球温度twb=24 遥仅改变蒸发冷却盘管管内冷却介质质量流量qmp渊qmp取值在 20140 t/h冤袁计算得到了蒸发冷却盘管热力性能随冷却介质质量流量变化的曲线袁见图 7遥从图 7 可以看出袁 随着冷却介质质量流量的增大袁冷却介质出口温度尧喷淋水出口温度尧出口空气焓值均升高袁 总传热系数增大袁 冷却效率降低袁管程压降上升袁热负荷增大遥 这是因为随着冷却介质质量流量的增大袁流速增大袁湍流加强袁层流边界层减薄袁提高了总传热系数遥但由于介质进出口冷却温差减小袁 所以冷却效率反而下降遥 管外空气压降与管内介质流动不相关袁 因此空气压降不随流速变化遥 而管程压降随着冷却介质质量流量的增大而增大袁因为流量越大袁流速越高袁管内流动压降也就越大遥因此袁 在保证冷却介质出口温度达到要求的条件下袁 增大蒸发冷却盘管管内冷却介质质量流量可以增大闭式冷却塔的热负荷袁 提高单台闭式冷却塔的运行效率遥3.2.2喷淋水质量流量给定运行参数袁 管内冷却介质的质量流量qmp=45.65 t/h袁进 口 温 度 tpi=50 袁风 量qma=45.65 t/h袁空气干球温度 ta=30 袁湿球温度twb=24 遥 改变喷淋水质量流量 qmw袁计算得到了蒸发冷却盘管热力性能随喷淋水与冷却介质质量流量比渊qmw/qmp冤变化情况袁见图 8遥图 7 冷却介质质量流量对蒸发冷却盘管热力性能影响曲线12窑窑图 8 蒸发冷却盘管热力性能随喷淋水与冷却介质质量流量比变化曲线第 6 期李晨光袁等院闭式冷却塔蒸发冷却盘管传热传质性能研究喷淋水质量流量增大袁 则喷淋水与冷却介质质量流量比增大遥由图 8 可知袁随着喷淋水质量流量的增大袁冷却介质出口温度降低袁喷淋水出口温差有所上升袁 但上升趋势不大袁 出口空气焓值增大遥 当 qmw/qmp大于 1.2 后袁冷却介质出口温度随喷淋水质量流量增大而下降的趋势逐渐减缓遥 总传热系数尧冷却效率尧空气压降和热负荷均随喷淋水质量流量的增大而上升遥 喷淋水质量流量的大小直接影响管外水膜的状态遥 喷淋水质量流量过小袁则盘管表面未全部被水膜包裹袁存在空区袁降低了传热效率遥 喷淋水质量流量过大袁 则液膜过厚袁增大了传热热阻遥 此外袁喷淋水质量流量的改变会影响喷淋水的喷出速度和水滴粒径袁 从而对喷淋水在冷却塔塔内的蒸发传质过程造成影响遥空气压降随着喷淋水质量流量的增大而上升袁这是因为随着喷淋水质量流量增大袁 冷却塔塔内的水幕越发密集袁空气流动的阻力也就越大遥通过增大喷淋水质量流量可以有效增大闭式冷却塔的热负荷袁但随着喷淋水质量流量的进一步加大袁这种影响逐渐减小遥3.2.3风量给定运行参数袁 管内冷却介质的质量流量qmp=45.65 t/h袁进口温度 tpi=50 袁喷淋水质量流量 qmw=54.78 t/h袁空气干球温度 ta=30 袁湿球温度 twb=24 遥改变风量袁计算得到了蒸发冷却盘管热力性能随风量与冷却介质质量流量比变化情况袁见图 9遥由图 9 可知袁 风量的增大会导致冷却介质出口温度尧喷淋水出口温度和出口空气焓值降低袁总传热系数尧冷却效率尧空气压降和热负荷增大遥 从传热传质机理来看袁喷淋水膜在空气中蒸发袁传质的推动力是空气和水膜附近的水蒸气分压力之差袁随着喷淋水的不断蒸发袁空气中的水蒸气含量增多袁这种推动力逐渐减小遥 若风量很大袁则空气中含湿量增大得较为缓慢袁 有利于喷淋水膜的蒸发传质过程遥风量越大袁对喷淋水膜的扰动作用越大袁有利于减薄水膜厚度袁进而减小水膜热阻袁增大喷淋水到空气的对流传热系数遥 若空气温度较低袁 还可对水膜起到直接冷却作用遥 但风量并非越大越好袁随着风量的增大袁喷淋水会被吹散袁喷淋水膜-空气间的稳定传质传热过程倾向于无序遥空气压降也随着风量的增大而增大袁虽然增大风量可以提高闭式冷却塔的热负荷袁 但风机的功耗将增大遥3.2.4空气湿球温度给定运行参数袁 管内冷却介质的质量流量13窑窑2023 年第 52 卷石油化工设备qmp=45.65 t/h袁进口温度 tpi=50 袁喷淋水质量流量 qmw=54.78 t/h袁风量 qma=45.65 t/h遥 改变空气湿球温度袁 计算得到了蒸发冷却盘管部分热力性能随空气湿球温度的变化情况袁 见图10图 12遥图 10空气湿球温度对蒸发冷却盘管流体温度和焓值影响曲线由图 10图 12 所示的各条曲线可以知道袁随着空气湿球温度的升高袁冷却介质出口温度尧喷淋水出口温度和出口空气焓值均上升袁出口空气焓图 11空气湿球温度对蒸发冷却盘管总传热系数和冷却效率影响曲线图 12空气湿球温度对蒸发冷却盘管热负荷影响曲线图 9 风量对蒸发冷却盘管热力性能影响曲线14窑窑值的上升趋势更为明显遥 总传热系数和冷却效率随空气湿球温度的升高变化不大袁 但热负荷是下降的遥空气湿球温度升高的实质就是降低了水膜与空气的传质推动力袁湿球温度越高袁空气相对湿度越大袁则能够继续吸收的水蒸气的量越少袁喷淋水膜的蒸发传质过程越弱遥 且冷却塔所能冷却到的极限温度就是空气的湿球温度袁 因此湿球温度的提高将急剧降低闭式冷却塔的热负荷遥4结束语以闭式冷却塔蒸发冷却盘管为研究对象袁建立并求解其传热传质理论模型袁 进行了蒸发冷却盘管热力特性的研究院渊1冤对蒸发冷却盘管单元控制体进行热量尧质量守恒分析袁 结合传热传质基本理论得到蒸发冷却盘管内 3 股流体的传热传质控制方程袁 通过方程求解管内冷却介质温度尧喷淋水膜温度和质量尧空气焓值和含湿量沿管内流动方向上的变化遥 建立了管内冷却介质的流动压降和掠过管束的空气压降计算模型遥渊2冤分析确定了闭式冷却塔蒸发冷却盘管热力计算模型中涉及到的重要参数要要要管内冷却介质到管外喷淋水膜的总传热系数尧 管内膜传热系数渊单相冷却和气相冷凝情况冤尧管外膜传热系数尧喷淋水膜到空气的传质系数的计算方法袁3 股流体的物性参数查询和计算等袁 从而实现了热力计算模型的求解遥渊3冤采用 MATLAB 编程对蒸发冷却盘管热力计算模型进行求解袁得到管内冷却介质尧管外喷淋水膜沿管程的温度变化曲线袁 并与文献 咱18暂 中的Hasan 实验测试数据进行对比袁 对比结果显示二者偏差低于 5%遥渊4冤基于校核计算程序袁针对主要运行参数渊管内冷却介质质量流量尧喷淋水质量流量尧风量尧空气湿球温度冤 对蒸发冷却盘管热力性能的影响情况进行研究袁 得到了各空气参数对盘管总传热系数尧 冷却效率尧 空气压降以及热负荷的影响规律袁 对闭式冷却塔的运行优化研究具有一定的指导意义遥参考文献院咱1暂郑伟业.蒸发式冷却器传热传质的试验研究及数值模拟咱D暂.上海院华东理工大学袁2013.咱2暂Bosnjakov ic F.Technische thermodinamik 咱M暂.Dresden院Theodor Steinkopf袁1965.咱3暂Parker R O袁Treybal R E.The heat mass transfercharacteristics of evaporative coolers咱J暂.AIChEchemicalengineeringprogress symposium series袁1962袁 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