[发明专利]一种横流式冷却塔的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑刘易斯数及填料系数偏差修正的横流式冷却塔的设计方法。

背景技术

冷却塔是空调系统中一个重要的设备，其运行性能的好坏将对冷凝器的换热有直接影响，从而对整个空调系统的运行效率产生影响。

对于机械通风冷却塔，传统设计方法存在很大的局限性，传统设计方法的计算结果与实测结果偏差很大。比如计算时都是以焓值作为计算中间变量，因此无法精确求解冷却塔出风温度和湿度，通常都是假设出塔空气相对湿度为95％～100％，这就人为的造成了误差。

由于出塔空气相对湿度在偏离设计工况条件下，是不可能确保其相对湿度维持在95％～100％，比如风量越大、进塔空气流量越大都会导致出风相对湿度的减少，而这些都是分析冷却塔出风对周围热环境影响的关键；还有计算时常常用到刘易斯关系式，而此关系式是在等焓加湿条件下推导出来的，对冷却塔的计算设计并不一定适用此关系式；塔运行一段时间后，由于填料损坏和布水不均，引起填料系统偏离设计值；偏离后，塔的冷却效果变差，冷却能力降低，要保证相同散热量时，只能加大风量和水流量，从而增加了塔的能耗。

发明内容

本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种考虑刘易斯数及填料系数偏差修正的横流式冷却塔的设计方法，从而获得计算精度很高，计算结果与实测结果相吻合的节能横流式冷却塔。

为了达到上述目的，采用如下技术方案：

一种横流式冷却塔的设计方法，包括以下步骤：

步骤一、令刘易斯数L_e为1，修正刘易斯关系式，即式中L_e为刘易斯数；σ为以含湿量计算的湿交换系数，单位为kg/(m²·s)；α为显热换热系数，单位为kW/(m²·℃)；c_p为空气的定压比热容，单位为kJ/(kg·℃)；

步骤二、使用修正系数k₂修正冷却塔的特性数N，即N＝k₂Aλ^m，式中A为填料特性相关系数；m为填料特性相关系数；λ为气水比；

步骤三、按照空气流向和水流向将计算区域空间网格化，根据修正的刘易斯关系式和修正的冷却塔的特性数、以及迭代计算获得水流向第一网格的出水温度，空气流向第一网格的出风状态参数；将水流向第一网格的出水温度作为水流向第二网格的进水温度，空气流向第一网格的出风状态参数作为空气流向第二网格的进风干球温度和进风含湿量，计算出水流向第二网格的出水温度和空气流向第二网格的出风状态参数，如此类推，最后获得水流向第M网格的出水温度、空气流向第N网格的出风状态参数，水流向第M网格和水流向第M-1网格为相邻网格，空气流向第N网格和空气流向第N-1网格为相邻网格，所述N、M均为不包括零的自然数；通过加权平均计算获得横流式冷却塔的出水温度、出风状态参数；

步骤四、根据进出塔空气状态点和大气状态点在焓湿图上的同一条直线关系和步骤三获得的出水温度、出风状态参数，利用公式迭代计算获得横流式冷却塔的出塔空气含湿量，其中h_ai为进塔空气焓值，单位为kJ/kg；h_aa为大气焓值，单位为kJ/kg；h_ao为出塔空气焓值，单位为kJ/kg；d_ai为进塔空气含湿量，单位为kg/kg_干空气；d_aa为大气含湿量，单位为kg/kg_干空气；d_ao为出塔空气含湿量，单位为kg/kg_干空气；

步骤五、根据回流率公式和步骤三获得的出水温度、出风状态参数，迭代计算获得横流式冷却塔的出塔空气焓值，其中r_e为回流率；h_ai为进塔空气焓值，单位为kJ/kg；h_aa为大气焓值，单位为kJ/kg；h_ao为出塔空气焓值，单位为kJ/kg；

步骤六、根据上述五个步骤，获得考虑刘易斯数和填料系数的横流式冷却塔的修正出水温度和修正进出塔空气状态参数。

进一步地，所述修正进出塔空气状态参数包括修正空气干球温度和修正空气相对湿度。

进一步地，所述出风状态参数包括出风干球温度和出风含湿量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本设计方法充分考虑刘易斯数、填料系数修正和回流，计算精度很高，计算结果与实测结果相吻合；