闭式冷却塔螺旋盘管传热传质性能PPT
冷却塔是通过传热传质的综合过程传递冷却水的能量，其中开式冷却塔的循环冷却水系统和外界空气相通，会带来冷却水污染、设备腐蚀速度过快等问题闭式冷却塔中的冷却水...
冷却塔是通过传热传质的综合过程传递冷却水的能量，其中开式冷却塔的循环冷却水系统和外界空气相通，会带来冷却水污染、设备腐蚀速度过快等问题闭式冷却塔中的冷却水通过间壁式的换热盘管和管外流体进行热交换，不与空气直接接触，具有水质稳定，水损耗少的特点为研究螺旋盘管传热传质性能，文中拟采用数值模拟与实验研究相结合的方法，构建闭式冷却塔中螺旋盘管管内冷却介质、管外喷淋水和空气的传热传质数学模型闭式冷却塔螺旋盘管传热传质模型图1为闭式冷却塔的换热过程示意图。冷却介质在螺旋换热盘管内流动，喷淋水喷洒盘管上，掠过螺旋盘管管束的空气与喷淋水在盘管外壁形成的水膜上进行热质交换。整个换热过程可分为以温差为推动力的冷却介质与管壁表面的喷淋水膜的换热及以焓差为推动力的管外喷淋水膜表面与空气的热质交换。对螺旋盘管管束单元进行传热传质分析时，提出以下简化假设:1) 管内冷却介质均匀分布，整个传热传质过程为稳态过程，忽略辐射传热2) 盘管外壁面充分润湿，管外喷淋水水膜分布均匀，空气垂直盘管流动均匀3) 水膜很薄，不存在温差，水膜与空气的接触面积为管外表面积4) 忽略水膜表面到空气的传热热阻，空气与水膜界面处的空气焓值为喷淋水水膜温度对应的饱 和空气焓值根据以上假设，以气水逆流式为例，推导螺旋盘 管的传热传质数学模型，模型如图 2 所示。管束微元体质量守恒，可得喷淋水温变化量:Δmw = - maΔw = - h( w* - w) dA1) 管束微元体能量守恒，可得喷淋水温变化量:2) 管束微元体管内冷却介质的温度变化量:3) 空气未饱和时，喷淋水与空气的热质交换包括潜热热交换及显热热交换，可表示为ΔQa =［rwh( w* － w)+Ka( tw － ta )］dA (4)空气和喷淋水之间的温差可表示为tw － ta = ［( i*aw － ia ) － ( w* － w) rw］/( cpa + wcpv ) (5)联立式( 4) 和式( 5) 可得6) 根据刘易斯因子的经验式，可得 (7)将式( 7) 代入式( 5) ，可得8) 式(1) 、(2) 、(3) 、(8) ，即为 Poppe 法分析下的螺旋盘管管束单元的传热传质控制方程组。螺旋盘管传热传质特性实验研究1实验数据热平衡校核图3为闭式冷却塔平台结构示意图，该平台由塔体、换热盘管、加热器、加热水箱、循环水泵、风机、收水器、布水器、水箱等组成。图4为根据实验测试平台测试数据分析得到的螺旋换热盘(φ12 mm × 1.0 mm)管热量平衡分 析图，由图可知，管内流体和管外流体的换热量热平衡误差在±10%以内，适合用于进一步的数据分析。2 螺旋盘管传热传质特性影响因素分析空气流量的影响用单一变量法，探究空气流量在 1 000—2 300m3 /h 时对螺旋盘管的传热传质性能影响，螺旋盘管进出口各参数变化及性能变化如图 5 所示。如图 5 数据变化所示，随着风机频率的增加，冷却水出口温度及出口空气焓值均减小，传热系数、冷却效率、热负荷及空气压降增加。喷淋密度的影响采用单一变量法，探究喷淋密度在 1． 09—2.72 kg /( m2·s) 时对螺旋盘管的传热传质性能影响，螺旋盘管进出口各参数变化及性能变化如图 6 所示。冷却水流量的影响采用单一变量法，探究冷却水流量在 0.47—1. 09 kg /s 时对螺旋盘管的传热传质性能影响，螺旋盘管进出口各参数变化及性能变化，如图 7 所示。冷却水进口温度的影响采用单一变量法，探究喷淋密度在 32—56 ℃ 时对螺旋盘管的传热传质性能影响，螺旋盘管进出口各参数变化及性能变化如图 8 所示。螺旋盘管传质公式拟合结合实验数据，绘制空气质量流量 qma与传质系数 h 关系如图 9 所示，使用 MATLAB 进行拟合，螺旋盘管的管外水膜与空气的传质系数如下: hd = 0.0.676 × qma 0.952 ( 残差R2 = 0．92143) (9)适用范围: 1.76—6.22 kg /( m2·s)螺旋盘管传热传质模型 MATLAB 数值计算求解建立模型解析及求解以气水逆流式模型( 如图 10) 为例，将并排缠绕的双螺旋管视为一个大单元，一个大单元以缠绕圆周长为基准划分为( Nr × n) ，每个管程上划分为 n 管束单元，将管束单元组成的矩阵。再用数学模型验证螺旋盘管传热传质数根据拟合传质系数公式，结合传热传质模型的出的计算结果与实验测试结果对比进行验证。实验结果和程序计算结果如表1所示，冷却水出口温度的最大误差为1.73% ，喷淋水出口温度最大误差为 5.79% ，低于10% ;说明计算结果与实验测试结果一致性较好，该模型可以用来预测螺旋换热盘管管内冷却水出口温度和喷淋水出口温度结论1) 对闭式冷却塔螺旋换热盘管管束单元控制体进行分析，结合传热传质基本理论以及 Poppe 分析法，建立螺旋换热盘管传热传质数学模型，得到螺旋盘管管束单元的传热传质微分方程 2) 搭建实验平台，对空气流量、喷淋密度、冷却水流量、冷却水进口温度和空气湿球温度对闭式冷却塔的热力性能的影响情况进行研究，得到各运行参数对冷却水出口温度、空气出口焓值、总传热系数、冷却效率、热负荷的影响规律3) 拟合得到螺旋换热盘管( φ12 mm × 1． 0 mm)管外水膜与空气的传质系数关联式hd = 0． 067 6 × q0． 952 ma ，程序计算结果与实验数据验证了热力计算模型的可靠性，为大型闭式冷却塔螺旋换热盘管管束的工程应用提供依据
