简析冷却塔运行原理及冷却极限

一、冷却塔的基本原理

      冷却塔的基本原理冷却塔是利用空气同水的接触（直接或间接）来冷却水的设备。是以水为循环冷却剂，从一个系统中吸收热量并排放至大气中，从而降低塔内温度，制造冷却水可循环使用的设备。

      冷却塔中的散热关系在湿式冷却塔中，热水的温度高，流过水表面的空气的温度低，水将热量传给空气，由空气带走，散到大气中去，水向空气散热有三种形式：① 触散热；② 蒸发散热；③ 辐射散热。冷却塔主要靠前两种散热，辐射散热量很小，可勿略不计。

      蒸发散热原理：蒸发散热通过物质交换，即通过水分子不断扩散到空气中来完成。水分子有着不同的能量，平均能量由水温决定，在水表面附近一部分动能大的水分子克服邻近水分子的吸引力逃出水面而成为水蒸气，由于能量大的水分子逃离，水面附近的水体能量变小，因此，水温降低，这就是蒸发散热，一般认为蒸发的水分子首先在水表面形成一层薄的饱和空气层，其温度和水面温度相同，然后水蒸气从饱和层向大气中扩散的快慢取决于饱和层的水蒸气压力和大气的水蒸气压力差，即道尔顿（Dolton）定律，可用下图表示此过程。

二、冷却塔的降温极限

      湿球温度：是用一个感温包附带有“湿袋”（即湿球）的温度计测量出来的温度。湿球温度也是空气吹潮湿的表面时测出的使水分蒸发的温度。

      湿球温度的形成过程：由于湿球的水分不断蒸发，感温包表面形成一层很薄的饱和空气层，这层饱和空气的温度近似等于湿球温度。因此，湿球温度可理解为：在某一温度、湿度下，相对湿度转变为φ=100%时的温度。湿球温度也是蒸发散热的极限温度，即通过蒸发所能达到的*低温度，也就是说冷却塔的出水温度不可能低于当时的湿球温度。

Twb是进风湿球温度；Tcw是出塔水温（冷水），Thw是进塔水温（热水）。

温降（冷幅）△t=Thw-Tcw；

逼近度A=Tcw-Twb

三、冷却塔的几个*受关注的问题

      下面应用△t、A 的定义解释几个用户关注的问题：

1、冷却塔出水温度能否低于32℃（进风湿球温度），比如说30℃或25℃？

      和一般降温用的热交换器一样，逼近度A 即是热交换器的冷端温度差，因此，冷却水塔的出水温度只能逼近空气的湿球温度而不能等于或低于湿球温度，否则，不仅散热面须趋于无限大，同时结构上要采取许多复杂的技术措施，基于上述，对冷却塔取A≥3℃是较适合的（CTI 推荐：取A≥t2=5O F 或F≥2.8℃),由此可推论出，若空气的湿球温度tW2=27℃,那麽冷却水塔出水温度t2=30℃是有可能的，而t=25℃则是达不到的；但如果tW2＜25℃，则t2＞25℃又成为可能了。其可能性与否，与气候条件有关，因此，不同国家、不同地区的冷却水塔设计条件是不同的，如果1 个国家地跨不同温区，则有关标准中会规定一个标准设计条件（中国标准为28℃湿球温度），用于湿球温度不同的地区时则需进行换算。

2、相同水量，相同湿球温度，不同进出水温度但维持△t（进出水的温差）值相同时，选塔容量是否一样？

      答案是：否！

      有人提出：水量相同，湿球温度相同（如27℃），冷幅△t 值相同（△t =5℃）但进出水温度分别为37/32℃和35/30℃，那么选用的塔容量是否一样？

      对上述条件，虽然塔的热负荷是相同的，但按CTI 推荐方法或国家标准GB7190-1997，经电脑计算表明：与37/32/27℃相比，工作条件为35/30/27℃时，选用塔的容量应加大1.45 倍，这是由于第二组条件的逼近度A=3℃（30-27℃）较小，散热面应加大（即塔体要加大）的缘故。