[发明专利]一种测量冷却塔淋水填料传热传质特性的方法

摘要

本发明公开了一种测量冷却塔淋水填料传热传质特性的方法，利用一种可视化平台，所述可视化平台包括冷却塔塔体、进风装置以及循环水装置。该测量方法考虑了因水蒸发而引起的水的质量变化，选择Bierman计算方法建立了冷却塔填料热质交换的数学模型，得到淋水填料传热传质性能随进塔水温和气水比的变化规律。

主权项

一种测量冷却塔淋水填料传热传质特性的方法，其特征在于利用一种可视化平台，所述可视化平台包括冷却塔塔体、进风装置以及循环水装置；所述冷却塔塔体包括塔体，设置在塔体内部上方的除水器(12)，塔体内部的中部位置设置实验填料块(5)，所述冷却塔塔体下方设置有空气分配室(8)，所述进风装置与空气分配室(8)相连接；所述循环水装置包括回收水池(6)、恒温水箱(1)、循环水泵(2)、电磁流量计(3)、水分配器(4)、旁路管(15)以及过滤器(16)；所述回收水池(6)位于实验填料块(5)下方，并且嵌入安装在空气分配室(8)内，通过出水管与恒温水箱(1)相连，所述恒温水箱(1)内设置水箱加水口(19)、电加热器(14)，所述循环水泵(2)和恒温水箱(1)的底部连接，循环水泵(2)的出口管路分成两路，一条管路通过旁路管(15)连接到恒温水箱(1)，另一条管路连通水分配器(4)，管路上设置电磁流量计(3)，所述电磁流量计(3)与循环水泵(2)之间设置过滤器(16)，所述水分配器(4)位于冷却塔塔体内，位于除水器(12)与实验填料块(5)之间；所述进风装置包括离心风机(7)、进风加热器(9)、蒸汽加湿器(10)以及设置在空气分配室(8)内的空气进风整流栅(11)，所述离心风机(7)、进风加热器(9)、蒸汽加湿器(10)依次通过管路连通空气分配室(8)；所述恒温水箱(1)内设置温控器(21)以及与温控器(21)相连接的第一测温探头(13)，所述温控器(21)一端连接第一测温探头(13)，另一端连接电加热器(14)；所述空气分配室(8)内设置第二测温探头(17)，所述冷却塔内上端设置第三测温探头(20)；所述冷却塔的进出水处设置铂电阻温度传感器，所述铂电阻温度传感器安装在水分配器(4)的喷淋水进口段的测温套管中以及回收水池(6)通往恒温水箱(1)的管道上；其方法的步骤如下：(1)喷淋水在恒温水箱(1)中被循环加热达到设定进冷却塔温度后，通过循环水泵(2)经电磁流量计(3)进入冷却塔的顶部，测量冷却塔进塔水温twi；(2)喷淋水经水分配器(4)均匀喷洒在实验填料块(5)上，热水向下通过实验填料块(5)的过程中与空气接触冷却，然后落入回收水池(6)内，测量冷却塔出塔水温two；(3)喷淋水回流至恒温水箱(1)进行加热后再循环，由于蒸发，恒温水箱(1)的水位逐渐下降，由水箱加水口(19)向其补水；(4)空气由离心风机(7)经过进风加热器(9)和蒸汽加湿器(10)，进入装有空气进风整流栅(11)的空气分配室(8)，通过第二温控器(17)测量进入填料前空气的干球温度tai和湿球温度τai；(5)空气从冷却塔底部四周均匀进入，向上穿过实验填料块(5)的过程中与喷淋水发生热、质交换，空气排放到大气之前，通过第三温控器(20)测量测量出塔空气的干球温度tao和湿球温度τao；(6)通过冷却塔内实验填料块(5)的空气质量流量Ma由以下方程得出：Ma＝v0×A×3600(m3/h)     (1)式中：A为出风段断面面积，单位为m2；v0为断面平均出风风速，单位为m/s；(7)喷淋水质量流量Qw由电磁流量计(3)读取，单位为m3/h，气水比为：λ=MaQw;---(2)]]>(8)实验填料块(5)的冷却效率釆用热交换效率η来评价：η=Rtwi-τai×100%---(3)]]>式中：R＝twi‑two，为冷却塔进出水温差，单位为℃；(9)对于冷却塔中实验填料块(5)总换热量H按以下公式计算：H=CwiQwtwi-Cwo(Qw-Qv)two=Qw(Cwitwi-Cwotwo)+QvtwoCwo=mdaCpwRkλ---(4)]]>式中：mda为经过实验填料块(5)单位面积上的干空气质量流量，单位为m3/(m2·h)，Qw为喷淋水质量流量，单位为m3/h，Qv为水蒸发率，单位为m3/h；(10)实验填料块(5)冷却特性系数(a)麦克尔(Merkel)引入刘易斯(Lewis)关系式(Le＝1)，把散热和散质合并在焓中，导出以焓差为动力的散热方程式；dQw＝βxv(it*‑i)dV      (5)式中：dQw为水的散热量，单位为kJ，βxv为以含湿量差为基准的容积散质系数，单位为kg/m3·h，it*为温度为水温t时的饱和空气比焓，单位为kJ/kg，i为湿空气的比焓，单位为kJ/kg；(b)水的散热量用进出实验填料块(5)断面水温差来表示，结合Bierman对麦克尔方程进行的修正，考虑到蒸发引起的水量损失，引进蒸发水量热量系数K，水的散热量表示为：dQw=1000kCpwmwFdt---(6)]]>式中：为蒸发水量热量系数，为水的平均汽化潜热，单位为kJ/kg，Cpw为水的比热容，单位为kJ/kg·℃，mw为淋水密度，指落在实验填料块(5)单位面积上的淋水流量，单位为m3/(m2·h)；(c)在实验填料块(5)内，水的散热量等于空气的吸热量，结合公式(5)和公式(6)，建立热平衡方程式为：1000kCpwmwFdt=βxv(it*-i)dV---(7)]]>(d)对公式(7)两边进行积分得kβxvV1000mwF=∫twotwicpwdtit*-i=N---(8)]]>(e)采用辛普逊近似积分法求解，得到实验填料块(5)冷却特性系数关系式为：N=∫twotwicpwdtit*-i=cpwΔt3n(1Δi0+4Δi0+2Δi2+4Δi3+....+4Δin-1+1Δin)---(9)]]>(f)实验中的实验填料块(5)进出口水温差不超过15℃，n＝2己达到足够的精度，N按照下式近似计算：N=KβxvV1000mwF=Cpw(twi-two)6(1i2*-iai+4im*-iam+1i1*-iao)---(10)]]>式中:为冷却塔进、出塔水温以及进出塔温度平均值下对应的饱和空气焓值，单位为kJ/kg，iai，iao，iam为实验填料块(5)进、出口湿空气的焓值以及进出口湿空气平均焓值，单位为kJ/kg；(g)基于非线性最小二乘法原理对填料块冷却特性系数进行拟合，最终给出实验填料块(5)冷却特性系数随气水比和进塔水温变化的拟合公式。