不同类型冷却塔的传热性能分析.docx

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摘要

近年来，随着国家经济发展、科技进步，高质量发展的模式越来越受重视，“十四五”规划中“绿色”环保成为国民经济发展的重要理念，节能减排、发展低碳经济社会是全世界国家共同最求的目标也是责任，而冷却塔作为一种工业用水中占很大比例的冷却换热设备，冷却用水的循坏利用对减少水资源消耗有着非常重要的作用，也是对节约保护和充分利用水资源具有非常重要的意义。本文对闭式和开式冷却塔进行详细的介绍，包括其工作原理、物理构造、优缺点等内容。然后，针对闭式冷却塔和开式冷却塔的传热性能进行模拟计算，利用ANSYS软件来建立不同类型冷却塔的二维模拟计算来分析其传热性能特点。在此二维模拟过程中，采用离散相模型（DPM），将空气视为连续相，进行数值模拟并分析冷却塔两侧进风流量、不同温度的被冷却水、喷淋水高度对冷却塔传热性能的影响。主要结论如下：

冷却塔两侧进风流量越大，冷却塔的冷却换热效果更好，在相同性能参数下不断增大进风流量闭式冷却塔的冷却传热效果要比开式冷却塔的更明显。

随着被冷却水的不断升温，冷却换热的效果更好，传热量Q也随之增加，相对于被冷却水温度为323K的传热量，被冷却水升温后，闭式冷却塔的传热量大幅度地提升，同样开式冷却塔的也会大幅度上升，但是在相同节点上闭式的比开式的最大高25%的增幅。且闭式冷却塔的出口压力随着管壁温度的上升而下降，开式冷却塔的出口压力随着喷淋水温上升而升高。

喷淋水高度的升高，延长了水珠下落到塔底的时间增加了水珠与空气接触的面积，水珠在空气接触过程中进行散热蒸发产生大量的水雾，如果喷淋水的流量足够，冷却塔的传热性能会更好，冷却换热效果更佳。（4）综合来看，闭式冷却塔的传热整体性能要优于开式冷却塔的传热性能。关键词：闭式冷却塔开式冷却塔传热性能冷却换热二维模型数值模拟

引言

1.1研究背景

水资源是生态与环境的基本，既是基础性资源又是战略性资源，也是整个国民经济的命脉。如果缺少水资源，将无法维持地球生态、生物的多样性，生态环境也必将遭到破坏。1997年，联合国发布的《世界水资源综合评估报告》中指出，随着人口增长和经济发展，对水资源的需求量不断增加，水资源短缺和水环境污染问题日渐突出，严重地制约着人类的生存和发展。。因此合理利用水资源是国民经济增长的需要，也是环境保护的需要。

全世界的淡水资源仅占其总水量的2.5%，其中有70%被冻结在南极和北极的冰盖上，还有难以利用的高山冰川和永冻积雪，约有86%的淡水资源难以利用。我国有28000亿立方米淡水资源总量，占全球水资源的6%，名列世界第四位，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大。但是人均水资源量却只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。

有关资料统计[1]，我国工业用水都在不断增加，水由于具有优良的热力性能，在工业生产中，水被广泛作为冷却介质，所以工业用水70%-80%为冷却用水，其中78%-80%为间接冷却，这部分水是没有受到污染，可以采用冷却降温实现循环利用。当前我国工业用水的循环利用率很低约为53%，远低于发达国家平均75%的水平[2]，美国的工业用水的环重复利用率甚至达到92%-95%，我们与发达国家差距仍然是巨大的。我国水资源的总体战略指出，必须以水资源的清洁可持续利用支撑社会经济的可持续健康发展，要以“节流优先，治污为本，多渠道开源”的理念作为水资源可持续利用的新战略，以促进城市水系统的良性循环。

在我国的四个工业区中水资源消耗很大，但是降水量和蓄水量相对于工业发展来看是不足的，城市水资源供应的现状严峻，能源的节约势在必行[3]，在工业中冷却塔作为用水的大型设备也是主要设备，冷却用水的循坏利用对减少水资源消耗有着非常重要的作用，如何提高水资源的重复利用率将是工业节水的重点方向之一，也是对节约保护和充分利用水资源具有非常重要的意义[4]。

1.2冷却塔的概念和工作原理

冷却塔是热力设备中的一种，其作用是通过热、质交换将高温冷却水的热量散入大气，从而降低被冷却水的温度。其冷却原理为水在冷却塔中被冷却降温，水中一部分热量由水的表面形成水蒸汽的潜热逸入空气中，另一部分因水和空气温差形成接触散热而达到降温的效果。

冷却塔按不同的分类方式分成5种不同的类型。第一：根据冷却塔内热质交换的形式，可分为开式冷却塔和密闭式冷却塔。第二：按空气与水接触的方式，可分成湿式冷却塔和干式冷却塔，以及二者结合的干湿式冷却塔。第三：按冷却塔通风方式，分为自然通风冷却塔、机械通风冷却塔和混合通风冷却塔。第四：根据在冷却塔内的水、气流动的方式，湿式冷却塔可分为逆流式冷却塔和横流式冷却塔两种。第五：根据是冷却塔填料与否可将冷却塔分为填料式冷却塔和无填料式冷却塔。

冷却塔构造包括