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摘要：在濕式冷卻塔中，熱水將熱量傳給空氣，由空氣帶走，散到大氣中去。水向空氣散熱有三種形式：①接觸散熱；②蒸發(fā)散熱；③輻射散熱。冷卻塔主要靠前兩種散熱，輻射散熱量很小，可忽略不計(jì)。兩種不同溫度的物質(zhì)接觸，熱量從溫度高的一方傳向溫度低的一方，稱為接觸散熱。冷卻塔中，當(dāng)?shù)蜏囟瓤諝馔ㄟ^高溫度水面時(shí)，水面會(huì)通過接觸散熱，把熱量傳給空氣。

關(guān)鍵詞：冷卻塔麥克爾公式

在濕式冷卻塔中，熱水將熱量傳給空氣，由空氣帶走，散到大氣中去。水向空氣散熱有三種形式：①接觸散熱；②蒸發(fā)散熱；③輻射散熱。冷卻塔主要靠前兩種散熱，輻射散熱量很小，可忽略不計(jì)。

兩種不同溫度的物質(zhì)接觸，熱量從溫度高的一方傳向溫度低的一方，稱為接觸散熱。冷卻塔中，當(dāng)?shù)蜏囟瓤諝馔ㄟ^高溫度水面時(shí)，水面會(huì)通過接觸散熱，把熱量傳給空氣。

蒸發(fā)散熱通過物質(zhì)交換完成，即通過水分子不斷擴(kuò)散到空氣中來完成。水分子有著不同的能量，平均能量由水溫決定。在水表面附近，一部分動(dòng)能大的水分子，克服鄰近水分子的吸引力，逃出水面而成為水蒸氣。由于能量大的水分子逃離，水面附近的水體能量變小，因此水溫降低，這就是蒸發(fā)散熱。一般認(rèn)為蒸發(fā)的水分子，首先在水表面形成一層薄的飽和空氣層，其溫度和水面溫度相同，然后水蒸氣從飽和層向大氣中擴(kuò)散，擴(kuò)散的快慢取決于飽和層的水蒸氣壓力和大氣的水蒸氣壓力差，即道爾頓(D0Lton)定律。

1.麥克爾(Merkel)公式

以往計(jì)算冷卻塔的水氣參數(shù)時(shí)，把散熱和散質(zhì)分開計(jì)算，所以計(jì)算參數(shù)比較多。麥克爾引入了焓的概念，把散熱和散質(zhì)統(tǒng)一在焓中，減少了計(jì)算參數(shù)。全世界進(jìn)行冷卻塔的熱力計(jì)算，較廣泛地采用麥克爾公式。

設(shè)水傳給空氣流的總熱量為，則在面積上的傳熱量為

它以水面飽和空氣層的焓和濕空氣中的焓之差，作為從水面向空氣中散熱的推動(dòng)力。

實(shí)際應(yīng)用于冷卻塔的熱力計(jì)算時(shí)，由于塔的填料形狀一般較復(fù)雜，其表面面積不易精確決定。所以，常用填料體積代替其面積，則上式變?yōu)椋?/p>

式中—填料的容積散質(zhì)系數(shù)，

—填料體積，。

麥克爾公式中的容積散質(zhì)系數(shù)，通常是通過模擬試驗(yàn)求得。

2.水的冷卻過程

在冷卻塔中水的冷卻過程由水溫、空氣的干球溫度、濕球溫度決定。單位面積，單位時(shí)間的接觸散熱量為，蒸發(fā)散熱量為。可分為下圖所示的四種傳熱情況。

(1)水溫大于氣溫。兩種熱量都由水面散向空氣，,水溫降低，水量產(chǎn)生蒸發(fā)損失。

(2),水溫和氣溫相等。接觸散熱停止，蒸發(fā)散熱照常進(jìn)行，,水溫降低，水量產(chǎn)生蒸發(fā)損失。

(3)。由于水溫低于空氣干球溫度，從空氣向水中產(chǎn)生接觸傳熱；水面蒸發(fā)散熱照常進(jìn)行，，水溫降低。

(4)。同(3)的傳熱情況，但,所以，即水溫不再降低，但蒸發(fā)仍在發(fā)生。這是水冷卻的極限情況，如果水溫繼續(xù)下降，將產(chǎn)生>水溫又會(huì)升高，所以是水冷卻的極限。

上述情況可用右圖舉例表示。圖中橫坐標(biāo)為水溫，縱坐標(biāo)為單位冷卻面積上的散熱量?？諝鈪?shù)：干球溫度26.6℃；濕球溫度為15.7℃，大氣壓力；相對(duì)濕度0.27,散熱系數(shù)。由圖可見，隨著水溫的升高，總散熱量也在增大，且蒸發(fā)散熱量大于接觸散熱量。由于散熱而使水溫降低，當(dāng)水溫降到空氣的干球溫度26.6℃時(shí)，接觸散熱變?yōu)榱悖皇Ｏ抡舭l(fā)散熱。當(dāng)水溫再降低，接觸散熱變?yōu)樨?fù)值，即由空氣向水傳熱，總散熱量越來越小。當(dāng)水溫降到濕球溫度15.7℃時(shí)，水的蒸發(fā)散熱量等于空氣向水中所輸入的接觸傳熱量，總散熱量變?yōu)榱?，水溫不再下降。?dāng)水溫接近濕球溫度時(shí)，焓差將很小，散熱很慢，塔體積必須非常大。從經(jīng)濟(jì)出發(fā)，冷卻后的水溫，總要比空氣的濕球溫度高幾度，即。()稱冷卻幅高，在設(shè)計(jì)中冷卻幅高取3～5℃。

3.冷卻極限的測(cè)定

上述水的冷卻極限即為空氣的濕球溫度。當(dāng)包紗布的溫度計(jì)上的溫度不變時(shí)，其指示的溫度即為空氣的濕球溫度，這表示從紗布上蒸發(fā)的水變?yōu)樗魵鈺r(shí)，其所損失的熱量等于由接觸傳熱從空氣中傳給紗布的熱量，二者平衡，所以濕球溫度不再變化。這種說法漏掉了一種熱量，即輻射傳熱。為了消除輻射熱的影響，濕球溫度計(jì)的包紗布部分必須通風(fēng)。通風(fēng)不改變輻射量，卻使蒸發(fā)和接觸散熱量增大，但兩者傳熱量之比例不變，這樣一來，輻射熱就可以忽略不計(jì)了。為達(dá)到以上效果，通過濕球部分的風(fēng)速應(yīng)達(dá)到3m/s以上，不然，測(cè)得結(jié)果必須作如下校正：