风冷蒸发复合型横流闭式冷却塔的冷却性能研究及其软件开发

摘要

横流式冷却塔作为空调系统和工业生产中常见的一种冷却设备，是利用空气和喷淋水对工艺流体进行冷却，以达到冷却要求。风冷蒸发复合型横流闭式冷却塔作为一种新型高效横流式冷却塔，是将翅片管与光管进行串联，并且在光管区布置喷淋装置，通过风冷与蒸发冷却双重冷却方式，实现了工艺流体降温的目的。该型塔因具有保证了管内冷却水水质、减少了蒸发损失、风冷和蒸发双重高效冷却等优点而得到了广泛应用。本文采用数值模拟和软件开发相结合的方式，对复合型横流塔内结构和运行参数对其冷却性能的影响进行了研究，获得了不同季节性下复合型横流塔不同运行模式的适用性及其优化控制策略，在此基础上开发了适用于工程应用的热力计算软件。 数值模拟方面，利用MATLAB软件建立了复合型横流塔内翅片区、光管区以及填料区的传热传质方程，数值模拟了结构参数和运行参数对冷却水出口温度和冷却效率的影响。研究表明:结构参数中，随着单排盘管根数、管排数和单根管长度的增加，冷却水出口温度降低，冷却效率随之提高。相反，管间距的增加会导致冷却水出口温度升高，冷却效率下降。就运行参数而言，冷却水出口温度和冷却效率随着空气湿球温度的升高而增大;随着空气流量和喷淋水量的增加，冷却水出口温度随之降低，冷却效率有所提高。而冷却水流量的增加会使得冷却水出口温度升高，冷却效率降低。且在所有影响参数中空气湿球温度和冷却水流量的改变对冷却效率的影响最大。 运行模式控制策略方面，以南京地区气象条件为例，利用MATLAB研究了不同气象条件下不同运行模式的适用性及其控制策略。研究表明:由于不同气象条件下各种运行模式的适用性不同，为了充分发挥复合型横流塔的优势，其运行模式转换条件必须进行优化。以本文所研究的复合型横流塔为模型，在冷却塔换热盘管和喷淋装置进出口处设置阀门，通过控制阀门的开关可以实现翅片管风冷、翅片管与光管串联风冷、光管蒸发冷以及翅片管风冷与光管蒸发冷复合四种运行模式。模拟结果表明:为了满足冷却要求，当空气干球温度低于30℃时，可选用翅片管风冷;当空气干球温度在30℃～34℃之间时可选用光管蒸发冷;如空气干球温度在34℃～35℃之间，则选用风冷与蒸发冷复合型。当空气干球温度超过35℃时，四种运行模式均无法满足冷却要求;并且当空气干球温度超过冷却水入口温度，翅片区不发挥冷却作用，如仍需冷却塔散热，则可选择光管蒸发冷。 软件开发方面，为了使研究成果能便捷的用于工程应用方面，利用MATLAB语言编制复合型横流闭式冷却塔的热力计算软件，该软件由3个小程序构成，通过模式选择来确定相应计算程序的组合，并输入参数即可得到相应的热力计算结果。利用该软件也可方便的判断冷却塔在不同气象条件下不同运行模式下的适用性。 本文的研究目标是弄清结构和运行参数对复合型横流塔冷却性能的影响规律，获得其季节性运行模式的优化控制策略，同时开发一款便于工程应用的复合型横流塔热力计算软件，以对该复合型横流塔的进一步研究与开发提供理论基础与技术支持。

目录

摘要

符号表

1．1课题研究背景

1．2横流式冷却塔的研究现状

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．2．3国内外研究现状小结

1．3本课题的主要研究内容

第2章横流式冷却塔及其冷却性能的影响因素

2．1横流式冷却塔的分类

2．1．1开式和闭式横流塔

2．1．2自然通风、机械通风和混合通风横流塔

2．1．3全盘管型和填料与盘管复合型横流塔

2．1．4干冷、湿冷和千湿联合型横流塔

2．2风冷蒸发复合型横流闭式冷却塔

2．2．1风冷却

2．2．2蒸发冷却

2．2．3风冷蒸发复合型横流闭式冷却塔工作原理

2．3复合型横流闭式冷却塔冷却性能的影响因素

2．3．1结构参数

2．3．2运行参数

2．3．3冷却性能的评价指标

2．4复合型横流闭式冷却塔应用中有待解决的关键问题

2．5本章小结

第3章复合型横流闭式冷却塔的数学模型

3．1复合型横流闭式冷却塔内的热质交换过程分析

3．2翅片区

3．2．1传热数学模型

3．2．2数学模型中参数的确定

3．3光管区

3．3．1传热传质数学模型的建立

3．3．2数学模型中参数的确定

3．4填料区

3．4．1传热传质数学模型的建立

3．4．2数学模型中参数的确定

3．5复合型横流闭式冷却塔数学模型的求解过程

3．6本章小结

第4章复合型横流闭式冷却塔冷却性能的数值模拟

4．1数值模拟计算条件

4．2结构参数对冷却性能的影响

4．2．1单排管根数

4．2．2盘管排数

4．2．3单根管长度

4．2．4盘管间距

4．3运行参数对冷却性能的影响

4．3．1空气湿球温度

4．3．2空气流量

4．3．3冷却水流量

4．3．4喷淋水量

4．4本章小结

第5章复合型横流闭式冷却塔季节性运行模式的控制策略

5．1复合型横流闭式冷却塔运行模式概述

5．1．1转换控制条件

5．1．2季节性控制模式

5．2南京地区的气象参数分析

5．3过渡季节

5．3．1运行模式对比

5．3．2运行参数调整

5．3．3小结

5．4高温高湿季节

5．4．1运行模式对比

5．4．2运行参数调整

5．4．3小结

5．5本章小结

第6章复合型横流闭式冷却塔热力计算软件开发

6．1计算软件简介

6．2计算软件程序流程

6．3计算算例

6．4本章小结

7．1主要结论

7．2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文与研究项目及获奖情况

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