1.本發(fā)明是一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，屬于冷卻塔控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2.近年來(lái)經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)力快速發(fā)展，煤化工、石油化工、電廠等工業(yè)發(fā)展迅猛，但與此同時(shí)面臨的水資源問(wèn)題也迫在眉睫。干濕聯(lián)合冷卻塔作為一種廣泛的既具有較高熱效率，同時(shí)也具有節(jié)水與消霧能力的冷卻塔，具有廣闊的市場(chǎng)前景。然而目前的設(shè)計(jì)計(jì)算方法為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，大多數(shù)都是假設(shè)濕段出塔空氣為飽和狀態(tài)，水量變化引起的熱量變化也被忽略，蒸發(fā)損失的計(jì)算大多采用系數(shù)法計(jì)算，這會(huì)使得蒸發(fā)損失與出塔空氣狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算不準(zhǔn)確，為了精確計(jì)算冷卻塔在不同月份的蒸發(fā)損失以及消霧情況，提高冷卻塔的設(shè)計(jì)效率，便于以控制全年節(jié)水率以及消霧效果為導(dǎo)向設(shè)計(jì)冷卻塔，提出了一種新的計(jì)算方法來(lái)解決以上問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

3.本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)以上不足，提供一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，以全年節(jié)水率為導(dǎo)向更加精確的計(jì)算冷卻塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及運(yùn)行時(shí)的參數(shù)，得到更加精確的出塔空氣參數(shù)，蒸發(fā)損失等參數(shù)，可以精確做到冷卻塔水損失的計(jì)算與消霧效果的計(jì)算，從而優(yōu)化冷卻塔的設(shè)計(jì)，做到對(duì)蒸發(fā)水損失的精確控制，達(dá)到更加好的冷卻塔節(jié)水效果。

4.為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，所述方法是將全年蒸發(fā)損失qy與干濕聯(lián)合冷卻塔的蒸發(fā)損失qn進(jìn)行比較，若計(jì)算qy》qn,不滿(mǎn)足節(jié)水率的要求，則增大相對(duì)濕度η；若滿(mǎn)足節(jié)水率要求，則進(jìn)行消霧計(jì)算，判斷是否滿(mǎn)足冷卻塔的消霧要求；以及進(jìn)行阻力計(jì)算和風(fēng)機(jī)選型，最后輸出設(shè)計(jì)結(jié)果；根據(jù)相對(duì)節(jié)水率計(jì)算干濕聯(lián)合冷卻塔的蒸發(fā)損失qn；全年蒸發(fā)損失為非夏季的蒸發(fā)損失和夏季的蒸發(fā)損失求和得到，計(jì)算非夏季的蒸發(fā)損失時(shí)冷卻塔干段濕段同時(shí)運(yùn)行，通過(guò)干段的換熱效能得到干段的出塔空氣溫度和濕段的入塔水溫，再進(jìn)行濕段蒸發(fā)水損失計(jì)算；計(jì)算夏季的蒸發(fā)損失時(shí)冷卻塔只運(yùn)行濕段冷卻，進(jìn)行濕段蒸發(fā)水損失計(jì)算；通過(guò)迭代法進(jìn)行冷卻塔純濕段情況下的全年蒸發(fā)水損失計(jì)算，具體做法為：為了求解空氣與水狀態(tài)參數(shù)的微分方程組，將塔內(nèi)的冷卻水溫度沿著水的流向分為若干個(gè)小的微分單元，假設(shè)出塔空氣含濕量ωo，根據(jù)質(zhì)量守恒得到水的出塔質(zhì)量，通過(guò)傳熱傳質(zhì)微分方程微分得出每一段微分單元的空氣含濕量與空氣焓值，直到重新計(jì)算得到出塔空氣含濕量，為下一次的迭代條件做好準(zhǔn)備。

5.進(jìn)一步的，所述方法包括以下步驟：步驟s1：確定環(huán)境氣象條件，給定計(jì)算的初始空氣條件；

環(huán)境氣象條件包括：全年的環(huán)境大氣壓pa、環(huán)境空氣干球溫度θ、環(huán)境空氣濕球溫度τ，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算公式，計(jì)算相對(duì)濕度φi、干球溫度對(duì)應(yīng)飽和蒸汽分壓pθ、進(jìn)塔空氣含濕量ωi、進(jìn)塔空氣焓值hi、進(jìn)塔濕空氣密度ρi；步驟s2：確定冷卻任務(wù)與節(jié)水任務(wù)，給定冷卻塔的設(shè)計(jì)要求；冷卻任務(wù)包括：?jiǎn)嗡鋮s循環(huán)水量q、循環(huán)水進(jìn)塔水溫t1，出塔水溫t2；節(jié)水任務(wù)包括：相對(duì)節(jié)水率ε；步驟s3：確定翅片管結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)以及塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)；步驟s4：確定填料性能參數(shù)。

6.進(jìn)一步的，所述方法還包括以下步驟：步驟s5：進(jìn)行冷卻塔純濕段情況下的全年蒸發(fā)水損失計(jì)算，給定進(jìn)行干濕聯(lián)合節(jié)水設(shè)計(jì)前的水損失；假設(shè)濕段氣水比λ，通過(guò)熱力性能參數(shù)得到特性數(shù)，其中a,n均為冷卻塔的填料熱力性能參數(shù)；空氣含濕量的計(jì)算公式如下：；空氣焓值的計(jì)算公式如下：；其中，η為相對(duì)濕度，為水的比熱，ω為每一小段微分單元的空氣含濕量，t為每一小段微分單元的冷卻水進(jìn)口溫度，q為冷卻水的質(zhì)量，dt為每一小段微分單元的冷卻水進(jìn)出口溫度之差，為與水溫相對(duì)應(yīng)的飽和空氣含濕量，g為風(fēng)量，為與水溫對(duì)應(yīng)的飽和空氣焓值，γ為水的蒸發(fā)潛熱，為空氣的飽和含濕量，為空氣的飽和焓值；為路易斯數(shù)，表示傳質(zhì)與傳熱的比例常數(shù)，具體值為：。

7.進(jìn)一步的，將計(jì)算得到的所述空氣含濕量作為新一次迭代的起始條件重新進(jìn)行計(jì)算，直到求得的計(jì)算得到的出塔空氣含濕量與假設(shè)的空氣含濕量之差滿(mǎn)足求解精確度，然后通過(guò)積分的方法得到冷卻數(shù)：

式中，t1為入塔水溫，t2為出塔水溫；通過(guò)改變?nèi)胨L(fēng)量來(lái)調(diào)整氣水比，使n1與n2之差滿(mǎn)足精確度，同時(shí)得到純濕式運(yùn)行下的蒸發(fā)損失。

8.進(jìn)一步的，所述方法還包括以下步驟：步驟s6：根據(jù)相對(duì)節(jié)水率計(jì)算干濕聯(lián)合冷卻塔的蒸發(fā)損失，假設(shè)干濕聯(lián)合冷卻塔的干濕比δ，得到干濕聯(lián)合冷卻塔干段的熱負(fù)荷以及干段的出塔水溫。

9.進(jìn)一步的，所述方法還包括以下步驟：步驟s7：進(jìn)行干濕聯(lián)合冷卻塔干段的傳熱計(jì)算，求解得到翅片管長(zhǎng)度，翅片管長(zhǎng)度計(jì)算的包括以下步驟：獲得傳熱系數(shù)；傳熱系數(shù)在可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的前提下采用實(shí)驗(yàn)得到的傳熱系數(shù)計(jì)算，若無(wú)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可依照如下的計(jì)算過(guò)程估算：由空氣的性質(zhì)參數(shù)與翅片管的結(jié)構(gòu)參數(shù)得到管外對(duì)流傳熱系數(shù)，，其中，為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，db為翅片管外徑，ρ為空氣密度，vmax為空氣在翅片管束最窄處的流速，m為空氣的動(dòng)力粘度，p為翅片的間距，t為翅片的厚度，df為翅片的外徑，pra為空氣的普朗特?cái)?shù)；由水的性質(zhì)參數(shù)與水的流速得到翅片管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，其中為水的導(dǎo)熱系數(shù)，di為翅片管內(nèi)徑，re為水的雷諾數(shù)，prw為水的普朗特?cái)?shù)；再計(jì)算翅片管的總傳熱系數(shù)其中，ro，ri，rw分別為管外污垢、管內(nèi)污垢、管壁的熱阻，β為翅片管的翅化比。

10.進(jìn)一步的，所述翅片管長(zhǎng)度計(jì)算還包括以下步驟：求得翅片管換熱面積，其中tln為對(duì)數(shù)平均溫度；接著求得翅片管長(zhǎng)度，其中n1為管排數(shù)，n2為每排管子數(shù)，將計(jì)算得到的翅片管長(zhǎng)度l與假設(shè)的翅片管長(zhǎng)度l0進(jìn)行比較，如果相差過(guò)大則重新假設(shè)翅片管長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，直到滿(mǎn)足精確度。

11.進(jìn)一步的，所述方法還包括以下步驟：步驟s8：進(jìn)行非夏季的蒸發(fā)損失計(jì)算，為計(jì)算全年蒸發(fā)損失做準(zhǔn)備；

此時(shí)干段濕段同時(shí)運(yùn)行，先計(jì)算傳熱單元數(shù)其中，cmin為空氣與水的熱容流率中的較小值，a為換熱面積，再計(jì)算換熱效能，其中，e為自然常數(shù)，c為空氣與水的熱容流率中的較小值與較大值的比值。通過(guò)換熱效能計(jì)算干段出塔空氣溫度與濕段的入塔水溫；t4替代t1再根據(jù)步驟s5求解濕段的蒸發(fā)損失與空氣出塔狀態(tài)參數(shù)；步驟s9：進(jìn)行夏季的蒸發(fā)損失計(jì)算，為計(jì)算全年蒸發(fā)損失做準(zhǔn)備，此時(shí)只運(yùn)行濕段冷卻，入塔水溫為t1，求解方法同步驟s5；步驟s10：進(jìn)行蒸發(fā)損失的校核，判斷是否滿(mǎn)足節(jié)水率的要求：將步驟s8與步驟s9計(jì)算得到的蒸發(fā)損失求和得到全年的蒸發(fā)損失qy，與干濕聯(lián)合冷卻塔的蒸發(fā)損失qn進(jìn)行比較，若計(jì)算qy》qn,則增大η，返回步驟s6進(jìn)行計(jì)算。

12.進(jìn)一步的，所述方法還包括以下步驟：步驟s11：進(jìn)行消霧計(jì)算，判斷是否滿(mǎn)足冷卻塔的消霧要求：結(jié)合干段、濕段的出塔空氣狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)質(zhì)量守恒與能量守恒定律，求解混合后的空氣風(fēng)量、空氣溫度與含濕量，然后通過(guò)作圖法判斷混合后的空氣參數(shù)與外部空氣參數(shù)在溫濕圖上是否與飽和空氣線有交點(diǎn)，輸出求解結(jié)果；根據(jù)翅片管箱整體長(zhǎng)度參數(shù)與通風(fēng)速度確定通風(fēng)風(fēng)量，w為翅片管箱中翅片管數(shù)量，v為通風(fēng)速度，再根據(jù)熱負(fù)荷，通過(guò)能量守恒方程得到出塔空氣溫度。

13.進(jìn)一步的，所述方法還包括以下步驟：步驟s12：阻力計(jì)算和風(fēng)機(jī)選型：先計(jì)算干濕聯(lián)合冷卻塔的總阻力其中為個(gè)各部件的阻力系數(shù)，為空氣流經(jīng)各個(gè)部件的空氣密度，空氣流經(jīng)各個(gè)部件的空氣流速 ，結(jié)合步驟s11求得的混合后的空氣風(fēng)量進(jìn)行風(fēng)機(jī)選型。

14.本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：1.修改了冷卻塔計(jì)算中的傳熱傳質(zhì)方程，為了更加精確的計(jì)算蒸發(fā)損失與出塔空氣狀態(tài)參數(shù)，不采取常規(guī)技術(shù)假設(shè)條件，采用迭代法求解整個(gè)方程組，從而得到更加精確的出塔空氣參數(shù)，蒸發(fā)損失等參數(shù)，從而優(yōu)化冷卻塔的設(shè)計(jì)，使其更加節(jié)水節(jié)能。

15.2、以全年節(jié)水率為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)冷卻塔，做到對(duì)蒸發(fā)水損失的精確控制，達(dá)到更加好的冷卻塔節(jié)水效果，通過(guò)本方法設(shè)計(jì)的冷卻塔，可以精確做到冷卻塔水損失的計(jì)算與消霧效果的計(jì)算，能夠提高20%左右的水損失計(jì)算精確度。

附圖說(shuō)明

16.為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。在所有附圖中，類(lèi)似的元件或部分一般由類(lèi)似的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。附圖中，各元件或部分并不一定按照實(shí)際的比例繪制。

17.圖1為本發(fā)明中干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法的總體流程圖；

圖2為本發(fā)明中蒸發(fā)損失計(jì)算流程圖；圖3為本發(fā)明中翅片管長(zhǎng)度計(jì)算流程圖；圖4為本發(fā)明中干段出塔水溫計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

18.實(shí)施例1，如圖1所示，一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，采用微元法進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括以下步驟：步驟s1：確定環(huán)境氣象條件，給定計(jì)算的初始空氣條件；環(huán)境氣象條件包括：全年的環(huán)境大氣壓pa(kpa)、環(huán)境空氣干球溫度θ(℃)、環(huán)境空氣濕球溫度τ(℃)，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算公式，計(jì)算相對(duì)濕度φi、干球溫度對(duì)應(yīng)飽和蒸汽分壓pθ、進(jìn)塔空氣含濕量ωi、進(jìn)塔空氣焓值hi、進(jìn)塔濕空氣密度ρi；步驟s2：確定冷卻任務(wù)與節(jié)水任務(wù)，給定冷卻塔的設(shè)計(jì)要求；冷卻任務(wù)包括：?jiǎn)嗡鋮s循環(huán)水量q(m3/h)、循環(huán)水進(jìn)塔水溫t1，出塔水溫t2；節(jié)水任務(wù)包括：相對(duì)節(jié)水率ε。

19.步驟s3：確定翅片管結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)以及塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)；翅片管結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：翅片管箱數(shù)量、翅片管內(nèi)外徑、翅片厚度、翅片間距、翅片管間距、管排數(shù)、每排管子數(shù)、翅片管箱寬度、管內(nèi)外污垢熱阻系數(shù)、基管材質(zhì)、翅片材質(zhì)；翅片管操作參數(shù)：管程數(shù)、翅片管箱通風(fēng)速度；塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括塔長(zhǎng)，塔寬，進(jìn)風(fēng)口高度，壁流率，進(jìn)風(fēng)口數(shù)量。

20.步驟s4：確定填料性能參數(shù)；填料性能參數(shù)包括：填料能力性能參數(shù)，填料阻力性能參數(shù)。

21.步驟s5：進(jìn)行冷卻塔純濕段情況下的全年蒸發(fā)水損失計(jì)算，給定進(jìn)行干濕聯(lián)合節(jié)水設(shè)計(jì)前的水損失。

22.干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)主要是為了能比純濕式更加節(jié)水，節(jié)水率也是相對(duì)純濕式冷卻塔來(lái)說(shuō)的，所以需要先計(jì)算在規(guī)定的冷卻需求下，純濕式情況下的冷卻塔要消耗多少水。

23.如圖2所示，具體計(jì)算過(guò)程如下：假設(shè)濕段氣水比λ，通過(guò)熱力性能參數(shù)得到特性數(shù)，其中a,n均為冷卻塔的填料熱力性能參數(shù)。

24.通過(guò)迭代法進(jìn)行冷卻塔純濕段情況下的全年蒸發(fā)水損失計(jì)算，具體做法為：為了求解空氣與水狀態(tài)參數(shù)的微分方程組，將塔內(nèi)的冷卻水溫度沿著水的流向分為若干個(gè)小的微分單元，假設(shè)出塔空氣含濕量ωo，根據(jù)質(zhì)量守恒得到水的出塔質(zhì)量，通過(guò)傳熱傳質(zhì)微分方程微分得出每一段微分單元的空氣含濕量與空氣焓值，直到重新計(jì)算得到出塔空氣含濕量，為下一次的迭代條件做好準(zhǔn)備。

25.假設(shè)出塔空氣含濕量是給定微分方程組的邊界條件的，通過(guò)此假設(shè)才能得到微元體的起始條件，再繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算。

26.每一段指若干微元段，計(jì)算公式為推導(dǎo)得出的微分方程組，是用來(lái)計(jì)算冷卻塔內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)情況的，目的是計(jì)算蒸發(fā)損失以及冷卻數(shù)。

27.空氣含濕量的計(jì)算公式如下：

；空氣焓值的計(jì)算公式如下：；其中，η為相對(duì)濕度，為水的比熱，ω為每一小段微分單元的空氣含濕量，t為每一小段微分單元的冷卻水進(jìn)口溫度，q為冷卻水的質(zhì)量，dt為每一小段微分單元的冷卻水進(jìn)出口溫度之差，為與水溫相對(duì)應(yīng)的飽和空氣含濕量，g為風(fēng)量，為與水溫對(duì)應(yīng)的飽和空氣焓值，γ為水的蒸發(fā)潛熱，為空氣的飽和含濕量，為空氣的飽和焓值；為路易斯數(shù)，表示傳質(zhì)與傳熱的比例常數(shù)，具體值為：。

28.再將計(jì)算得到的出塔空氣含濕量作為新一次迭代的起始條件重新進(jìn)行計(jì)算，直到求得的計(jì)算得到的出塔空氣含濕量與假設(shè)的空氣含濕量之差滿(mǎn)足求解精確度，然后通過(guò)積分的方法得到冷卻數(shù)：式中，t1為入塔水溫，t2為出塔水溫。

29.通過(guò)改變?nèi)胨L(fēng)量來(lái)調(diào)整氣水比，使n1與n2之差滿(mǎn)足精確度，同時(shí)得到純濕式運(yùn)行下的蒸發(fā)損失。

30.步驟s6：根據(jù)相對(duì)節(jié)水率計(jì)算干濕聯(lián)合冷卻塔的蒸發(fā)損失，假設(shè)干濕聯(lián)合冷卻塔的干濕比δ，得到干濕聯(lián)合冷卻塔干段的熱負(fù)荷以及干段的出塔水溫。

31.步驟s7：進(jìn)行干濕聯(lián)合冷卻塔干段的傳熱計(jì)算，求解得到翅片管長(zhǎng)度。

32.具體的計(jì)算過(guò)程圖3所示：

假設(shè)翅片管的長(zhǎng)度l0，根據(jù)翅片管箱整體長(zhǎng)度參數(shù)與通風(fēng)速度確定通風(fēng)風(fēng)量，w為翅片管箱中翅片管數(shù)量，v為通風(fēng)速度，再根據(jù)熱負(fù)荷，通過(guò)能量守恒方程得到出塔空氣溫度，其中ca為空氣的比熱；以入塔出塔的空氣溫度以及水的溫度的平均值作為參考值，查空氣與水的性質(zhì)表得到空氣與水的性質(zhì)參數(shù)，包括水的密度、比熱、動(dòng)力粘度、普朗特?cái)?shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、空氣的密度。

33.傳熱系數(shù)在可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的前提下采用實(shí)驗(yàn)得到的傳熱系數(shù)計(jì)算，如無(wú)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可依照下面的計(jì)算過(guò)程估算：由空氣的性質(zhì)參數(shù)與翅片管的結(jié)構(gòu)參數(shù)得到管外對(duì)流傳熱系數(shù)，，其中，為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，db為翅片管外徑，ρ為空氣密度，vmax為空氣在翅片管束最窄處的流速，m為空氣的動(dòng)力粘度，p為翅片的間距，t為翅片的厚度，df為翅片的外徑，pra為空氣的普朗特?cái)?shù)。

34.由水的性質(zhì)參數(shù)與水的流速得到翅片管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，其中為水的導(dǎo)熱系數(shù)，di為翅片管內(nèi)徑，re為水的雷諾數(shù)，prw為水的普朗特?cái)?shù)。

35.再計(jì)算翅片管的總傳熱系數(shù)其中，ro，ri，rw分別為管外污垢，管內(nèi)污垢，管壁的熱阻，β為翅片管的翅化比。

36.求得翅片管換熱面積，其中tln為對(duì)數(shù)平均溫度；接著求得翅片管長(zhǎng)度，其中n1為管排數(shù)，n2為每排管子數(shù)，將計(jì)算得到的翅片管長(zhǎng)度l與假設(shè)的翅片管長(zhǎng)度l0進(jìn)行比較，如果相差過(guò)大則重新假設(shè)翅片管長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，直到滿(mǎn)足精確度。

37.步驟s8：進(jìn)行非夏季的蒸發(fā)損失計(jì)算，為計(jì)算全年蒸發(fā)損失做準(zhǔn)備。

38.此時(shí)冷卻塔干段濕段同時(shí)運(yùn)行，干段的計(jì)算過(guò)程如圖4所示,先計(jì)算傳熱單元數(shù)其中，cmin為空氣與水的熱容流率中的較小值，a為換熱面積，再計(jì)算換熱效能，其中，e為自然常數(shù)，c為空氣與水的熱容流率中的較小值與較大值的比值，通過(guò)換熱效能計(jì)算干段出塔空氣溫度與濕段的入塔水溫；t4替代t1再根據(jù)步驟s5求解濕段的蒸發(fā)損失與空氣出塔狀態(tài)參數(shù)。

39.步驟s9：進(jìn)行夏季的蒸發(fā)損失計(jì)算，為計(jì)算全年蒸發(fā)損失做準(zhǔn)備，此時(shí)冷卻塔只運(yùn)行濕段冷卻，入塔水溫為t1，求解方法同步驟s5。

40.步驟s10：進(jìn)行蒸發(fā)損失的校核，判斷是否滿(mǎn)足節(jié)水率的要求：將步驟s8與步驟s9計(jì)算得到的蒸發(fā)損失求和得到全年的蒸發(fā)損失qy，與干濕聯(lián)合冷卻塔的蒸發(fā)損失qn進(jìn)行比較，若計(jì)算qy》qn,不滿(mǎn)足節(jié)水率的要求，則增大η，返回步驟s6進(jìn)行計(jì)算。

41.步驟s11：進(jìn)行消霧計(jì)算，判斷是否滿(mǎn)足冷卻塔的消霧要求：結(jié)合干段、濕段的出塔空氣狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)質(zhì)量守恒與能量守恒定律，求解混合后的空氣風(fēng)量、空氣溫度與含濕

量，然后通過(guò)作圖法判斷混合后的空氣參數(shù)與外部空氣參數(shù)在溫濕圖上是否與飽和空氣線有交點(diǎn)，輸出求解結(jié)果。

42.步驟s12：阻力計(jì)算和風(fēng)機(jī)選型：先計(jì)算干濕聯(lián)合冷卻塔的總阻力其中為個(gè)各部件的阻力系數(shù)，為空氣流經(jīng)各個(gè)部件的空氣密度，空氣流經(jīng)各個(gè)部件的空氣流速，結(jié)合步驟s11求得的混合后的空氣風(fēng)量進(jìn)行風(fēng)機(jī)選型。

43.步驟s13：輸出設(shè)計(jì)結(jié)果，包括干濕比、翅片管長(zhǎng)度、全年蒸發(fā)損失、風(fēng)機(jī)風(fēng)量、出塔空氣溫度、含濕量以及消霧效果圖。

44.本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見(jiàn)而給出的，而并不是無(wú)遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開(kāi)的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好的說(shuō)明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。技術(shù)特征：

1.一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法是將全年蒸發(fā)損失qy與干濕聯(lián)合冷卻塔的蒸發(fā)損失q

n

進(jìn)行比較，若計(jì)算qy>q

n

,不滿(mǎn)足節(jié)水率的要求，則增大相對(duì)濕度η；若滿(mǎn)足節(jié)水率要求，則進(jìn)行消霧計(jì)算，判斷是否滿(mǎn)足冷卻塔的消霧要求；以及進(jìn)行阻力計(jì)算和風(fēng)機(jī)選型，最后輸出設(shè)計(jì)結(jié)果；全年蒸發(fā)損失qy為非夏季的蒸發(fā)損失和夏季的蒸發(fā)損失求和得到，計(jì)算非夏季的蒸發(fā)損失時(shí)冷卻塔干段濕段同時(shí)運(yùn)行，通過(guò)干段的換熱效能得到干段的出塔空氣溫度和濕段的入塔水溫，再進(jìn)行濕段蒸發(fā)水損失計(jì)算；計(jì)算夏季的蒸發(fā)損失時(shí)冷卻塔只運(yùn)行濕段冷卻，進(jìn)行濕段蒸發(fā)水損失計(jì)算；通過(guò)迭代法進(jìn)行冷卻塔純濕段情況下的全年蒸發(fā)水損失計(jì)算，具體做法為：為了求解空氣與水狀態(tài)參數(shù)的微分方程組，將塔內(nèi)的冷卻水溫度沿著水的流向分為若干個(gè)小的微分單元，假設(shè)出塔空氣含濕量ωo，根據(jù)質(zhì)量守恒得到水的出塔質(zhì)量，通過(guò)傳熱傳質(zhì)微分方程微分得出每一段微分單元的空氣含濕量與空氣焓值，直到重新計(jì)算得到出塔空氣含濕量，為下一次的迭代條件做好準(zhǔn)備。2.如權(quán)利要求1所述的一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：步驟s1：確定環(huán)境氣象條件，給定計(jì)算的初始空氣條件；環(huán)境氣象條件包括：全年的環(huán)境大氣壓pa、環(huán)境空氣干球溫度θ、環(huán)境空氣濕球溫度τ，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算公式，計(jì)算相對(duì)濕度φi、干球溫度對(duì)應(yīng)飽和蒸汽分壓pθ、進(jìn)塔空氣含濕量ω

i

、進(jìn)塔空氣焓值hi、進(jìn)塔濕空氣密度ρi；步驟s2：確定冷卻任務(wù)與節(jié)水任務(wù)，給定冷卻塔的設(shè)計(jì)要求；冷卻任務(wù)包括：?jiǎn)嗡鋮s循環(huán)水量q、循環(huán)水進(jìn)塔水溫t1，出塔水溫t2；節(jié)水任務(wù)包括：相對(duì)節(jié)水率ε；步驟s3：確定翅片管結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)以及塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)；步驟s4：確定填料性能參數(shù)。3.如權(quán)利要求2所述的一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法還包括以下步驟：步驟s5：進(jìn)行冷卻塔純濕段情況下的全年蒸發(fā)水損失計(jì)算，給定進(jìn)行干濕聯(lián)合節(jié)水設(shè)計(jì)前的水損失；假設(shè)濕段氣水比λ，通過(guò)熱力性能參數(shù)得到特性數(shù) ，其中a,n均為冷卻塔的填料熱力性能參數(shù)；空氣含濕量的計(jì)算公式如下：；空氣焓值的計(jì)算公式如下：

；其中，η為相對(duì)濕度，為水的比熱，ω為每一小段微分單元的空氣含濕量，t為每一小段微分單元的冷卻水進(jìn)口溫度，q為冷卻水的質(zhì)量，dt為每一小段微分單元的冷卻水進(jìn)出口溫度之差，為與水溫相對(duì)應(yīng)的飽和空氣含濕量，g為風(fēng)量，為與水溫對(duì)應(yīng)的飽和空氣焓值，γ為水的蒸發(fā)潛熱，為空氣的飽和含濕量，為空氣的飽和焓值；為路易斯數(shù)，表示傳質(zhì)與傳熱的比例常數(shù)，具體值為：。4.如權(quán)利要求3所述的一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：將計(jì)算得到的所述空氣含濕量作為新一次迭代的起始條件重新進(jìn)行計(jì)算，直到求得的計(jì)算得到的出塔空氣含濕量與假設(shè)的空氣含濕量之差滿(mǎn)足求解精確度，然后通過(guò)積分的方法得到冷卻數(shù)：式中，t1為入塔水溫，t2為出塔水溫；通過(guò)改變?nèi)胨L(fēng)量來(lái)調(diào)整氣水比，使n1與n2之差滿(mǎn)足精確度，同時(shí)得到純濕式運(yùn)行下的蒸發(fā)損失。5.如權(quán)利要求4所述的一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法還包括以下步驟：步驟s6：根據(jù)相對(duì)節(jié)水率計(jì)算干濕聯(lián)合冷卻塔的蒸發(fā)損失，假設(shè)干濕聯(lián)合冷卻塔的干濕比δ，得到干濕聯(lián)合冷卻塔干段的熱負(fù)荷以及干段的出塔水溫。6.如權(quán)利要求5所述的一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法還包括以下步驟：步驟s7：進(jìn)行干濕聯(lián)合冷卻塔干段的傳熱計(jì)算，求解得到翅片管長(zhǎng)度，翅片管長(zhǎng)度計(jì)算的包括以下步驟：獲得傳熱系數(shù)；傳熱系數(shù)在可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的前提下采用實(shí)驗(yàn)得到的傳熱系數(shù)計(jì)算，若無(wú)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可

依照如下的計(jì)算過(guò)程估算：由空氣的性質(zhì)參數(shù)與翅片管的結(jié)構(gòu)參數(shù)得到管外對(duì)流傳熱系數(shù)，，其中，為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，db為翅片管外徑，ρ為空氣密度，vmax為空氣在翅片管束最窄處的流速，m為空氣的動(dòng)力粘度，p為翅片的間距，t為翅片的厚度，df為翅片的外徑，pra為空氣的普朗特?cái)?shù)；由水的性質(zhì)參數(shù)與水的流速得到翅片管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，其中為水的導(dǎo)熱系數(shù)，di為翅片管內(nèi)徑，re為水的雷諾數(shù)，prw為水的普朗特?cái)?shù)；再計(jì)算翅片管的總傳熱系數(shù)其中，ro，ri，rw分別為管外污垢、管內(nèi)污垢、管壁的熱阻，β為翅片管的翅化比。7.如權(quán)利要求6所述的一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述翅片管長(zhǎng)度計(jì)算還包括以下步驟：求得翅片管換熱面積，其中tln為對(duì)數(shù)平均溫度；接著求得翅片管長(zhǎng)度，其中n1為管排數(shù)，n2為每排管子數(shù)，將計(jì)算得到的翅片管長(zhǎng)度l與假設(shè)的翅片管長(zhǎng)度l0進(jìn)行比較，如果相差過(guò)大則重新假設(shè)翅片管長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，直到滿(mǎn)足精確度。8.如權(quán)利要求6所述的一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法還包括以下步驟：步驟s8：進(jìn)行非夏季的蒸發(fā)損失計(jì)算，為計(jì)算全年蒸發(fā)損失做準(zhǔn)備；此時(shí)干段濕段同時(shí)運(yùn)行，先計(jì)算傳熱單元數(shù)其中，cmin為空氣與水的熱容流率中的較小值，a為換熱面積，再計(jì)算換熱效能，其中，e為自然常數(shù)，c為空氣與水的熱容流率中的較小值與較大值的比值；通過(guò)換熱效能計(jì)算干段出塔空氣溫度與濕段的入塔水溫；t4替代t1再根據(jù)步驟s5求解濕段的蒸發(fā)損失與空氣出塔狀態(tài)參數(shù)；步驟s9：進(jìn)行夏季的蒸發(fā)損失計(jì)算，為計(jì)算全年蒸發(fā)損失做準(zhǔn)備，此時(shí)只運(yùn)行濕段冷卻，入塔水溫為t1，求解方法同步驟s5；步驟s10：進(jìn)行蒸發(fā)損失的校核，判斷是否滿(mǎn)足節(jié)水率的要求：將步驟s8與步驟s9計(jì)算得到的蒸發(fā)損失求和得到全年的蒸發(fā)損失qy，與干濕聯(lián)合冷卻塔的蒸發(fā)損失q

n

進(jìn)行比較，若計(jì)算qy>q

n

,則增大η，返回步驟s6進(jìn)行計(jì)算。9.如權(quán)利要求7所述的一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法還包括以下步驟：步驟s11：進(jìn)行消霧計(jì)算，判斷是否滿(mǎn)足冷卻塔的消霧要求：結(jié)合干段、濕段的出塔空氣狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)質(zhì)量守恒與能量守恒定律，求解混合后的空氣風(fēng)量、空氣溫度與含濕量，然后通過(guò)作圖法判斷混合后的空氣參數(shù)與外部空氣參數(shù)在溫濕圖上是否與飽和空氣線有交

點(diǎn)，輸出求解結(jié)果；根據(jù)翅片管箱整體長(zhǎng)度參數(shù)與通風(fēng)速度確定通風(fēng)風(fēng)量，w為翅片管箱中翅片管數(shù)量，v為通風(fēng)速度，再根據(jù)熱負(fù)荷，通過(guò)能量守恒方程得到出塔空氣溫度。10.如權(quán)利要求9所述的一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法還包括以下步驟：步驟s12：阻力計(jì)算和風(fēng)機(jī)選型：先計(jì)算干濕聯(lián)合冷卻塔的總阻力其中 為個(gè)各部件的阻力系數(shù)， 為空氣流經(jīng)各個(gè)部件的空氣密度，空氣流經(jīng)各個(gè)部件的空氣流速 ，結(jié)合步驟s11求得的混合后的空氣風(fēng)量進(jìn)行風(fēng)機(jī)選型。

技術(shù)總結(jié)

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種干濕聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)方法，所述方法是將全年蒸發(fā)損失qy與干濕聯(lián)合冷卻塔的蒸發(fā)損失qn進(jìn)行比較，若計(jì)算qy>qn,不滿(mǎn)足節(jié)水率的要求，則增大相對(duì)濕度η；若滿(mǎn)足節(jié)水率要求，則進(jìn)行消霧計(jì)算，判斷是否滿(mǎn)足冷卻塔的消霧要求；以及進(jìn)行阻力計(jì)算和風(fēng)機(jī)選型，最后輸出設(shè)計(jì)結(jié)果。具有以下優(yōu)點(diǎn)：以全年節(jié)水率為導(dǎo)向更加精確的計(jì)算冷卻塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及運(yùn)行時(shí)的參數(shù)，得到更加精確的出塔空氣參數(shù)，蒸發(fā)損失等參數(shù)，可以精確做到冷卻塔水損失的計(jì)算與消霧效果的計(jì)算，從而優(yōu)化冷卻塔的設(shè)計(jì)，做到對(duì)蒸發(fā)水損失的精確控制，達(dá)到更加好的冷卻塔節(jié)水效果。好的冷卻塔節(jié)水效果。好的冷卻塔節(jié)水效果。

技術(shù)研發(fā)人員：徐清華 張?jiān)缧?張強(qiáng) 劉沐林 陳剛 宋建功 徐文文 高翔

受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東藍(lán)想環(huán)境科技股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2023.06.07

技術(shù)公布日：2023/7/6