冷却塔淋水填料特性及结构优化实验研究

摘要

随着人们节能环保意识的提升，如何提高冷却塔的工作效率越来越受到人们的关注。淋水填料作为开式冷却塔的核心部件，其热工及阻力性能直接影响着冷却塔的运行效率。而如今淋水填料的种类和片材结构层出不穷，但对其热工性能的测量往往都采用露天测试，气象参数并不稳定，而且测试不将填料段单独区分开来测量，测量数据和经验公式在实际工程中的选用会形成较大的误差。很多填料结构的改进优化没有实验数据的支撑，性能提高率常常是未知的。
　　基于这样的背景，本文专门搭建逆流塔淋水填料测试平台，规范测试技术，对片距不同及结构改进前后的淋水填料，以及不同波形的填料进行热工性能测量和分析。
　　首先本文系统地分析了逆流冷却塔淋水填料层的热质交换，参考相关文献，利用麦克尔方程和辛普逊积分法，建立了填料层内的热、质交换数学模型。随后通过Matlab编译了计算程序，通过输入原始工况参数，可以计算出淋水填料层喷淋水出口的水温，以及填料的冷却效率。此数学模型在之后通过实验进行验证，得到填料出口喷淋水计算温度与实测值的最大误差在0.75％，冷却效率模拟计算值与实测计算值最大误差在7.7％，该误差在工程允许范围内。
　　本文对四种高度为600mm的斜交错塑料淋水填料进行性能测试，填料规格分别是传统粘接片距15mm和片距12mm斜交错填料，以及优化改进为嵌入点粘接片距为12mm和19mm斜交错填料。实验结果表明嵌入点粘接能对填料性能起到较大的优化。淋水密度在6～10m/(m2·h)，填料迎风速度在1～2.6m/s时，嵌入点粘接片距为12mm斜交错填料阻力值是传统粘接片距12mm斜交错填料阻力的93.2％～98.14％，气水比在0.6～1.2之间，特性数依次提高约22.0％～29.2％。此外，嵌入点粘接的淋水填料，减小片距能很大程度地提高其冷却性。传统粘接小片距12mm斜交错填料阻力比片距15mm填料大，但冷却性能提高率并不理想。嵌入点粘接片距为12mm的填料比19mm阻力略大，但在常用气水比范围内，其冷却数比片距19mm填料提高了约45％～53％。
　　本文另外对S波型，人字波型以及复合波型，高1000mm的三种工业用中高温填料进行测试。测试结果显示:S波型填料阻力最大，其次是人字波，复合波型填料通风阻力最小。淋水密度在6～10m3/(m2·h)，在常用气水比范围内，复合波型填料冷却数是人字波型的1.08～1.34倍，是S波型的1.06～1.1倍。
　　最后，本文以20t/h方形逆流塔为实际工程案例，分析选用之前实验测试的四种斜交错淋水填料，得到四种填料在该工程中合理的气水比。与此同时，计算它们在各自最合理的运行工况下填料层的空气阻力，结果显示嵌入点粘接片距12mm填料层的阻力最小，为14.76Pa;传统粘接片距15mm填料的阻力最大，为24.93Pa。最后对整个冷却塔进行运行分析，得出选用嵌入点粘接的大片距19mm斜交错填料的冷却塔风机电机功率最大，为1.1kw;选用嵌入点粘接的小片距12mm斜交错淋填料的冷却塔风机电机功率最小，仅为0.37kw。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 填料在蒸发冷却中的应用

1．3 淋水填料分类及其特点

1．4 填料的研究现状

1．5 课题研究内容

第二章 逆流塔淋水填料层热质交换理论分析及建模

2．1 填料层的气水传热

2．2 填料层空气阻力

2．3 准则方程的建立

2．4 填料层热、质交换数学模型及出水水温求解

2．5 本章小结

第三章 实验平台设计与测试技术

3．1 实验平台介绍

3．2 实验装置设计

3．4 实验方案及测点布置

3．5 实验操作及规程

3．6 数据整理及误差分析

3．6 本章小结

第四章 淋水填料热力阻力性能试验研究

4．1 测试填料种类介绍

4．2 实验数据处理

4．3 空调用斜交错填料测试结果与分析对比

4．4 工业用中高温填料测试结果与分析对比

4．5 数学模型的实验验证

4．6 本章小结

第五章 经验公式的应用与运行分析

5．1 运行工况分析

5．2 运行能耗分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间科研成果

致谢