閉式冷卻塔中水平橢圓管傳熱傳質(zhì)性能研究.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)中所用的冷卻塔因冷卻水與空氣直接接觸，水質(zhì)容易受污染，閉式冷卻塔因其環(huán)保、節(jié)能、潔凈等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工、冶金等行業(yè)。換熱盤(pán)管作為閉式冷卻塔的關(guān)鍵部件，其管型可對(duì)提高閉式冷卻塔的換熱性能起到重要影響?；谶@樣的背景，本文通過(guò)對(duì)閉式冷卻塔（上填料下盤(pán)管型）中的橢圓管進(jìn)行Matlab數(shù)值計(jì)算和CFD模擬，對(duì)其傳熱傳質(zhì)性能進(jìn)行分析。主要研究工作和結(jié)論如下：
　　本文針對(duì)水平管外液體降膜流動(dòng)建立了理論模型，應(yīng)用CFD數(shù)值模擬的方

2、法對(duì)不同長(zhǎng)短軸比(a/b=1.5、2、3、4)的橢圓管管外液體降膜流動(dòng)形態(tài)及液膜分布進(jìn)行了數(shù)值研究。通過(guò)改變不同管外噴淋密度時(shí)水平橢圓單管外降膜流動(dòng)，計(jì)算擬合得到不同長(zhǎng)短軸比的橢圓管管外噴淋水膜對(duì)流傳熱系數(shù)，為本文閉式冷卻塔的設(shè)計(jì)計(jì)算和Matlab模型預(yù)測(cè)提供依據(jù)。模擬結(jié)果表明橢圓管型的水膜對(duì)流傳熱系數(shù)隨噴淋水流量的增大而增加。對(duì)管外噴淋密度為0.015至0.045kg/(m·s)的范圍內(nèi)，在相同工況條件下，隨著長(zhǎng)短軸比的增加，橢圓管的

3、水膜對(duì)流傳熱系數(shù)逐漸減小。長(zhǎng)短軸比為1.5的橢圓管的水膜對(duì)流傳熱系數(shù)最大，分別比長(zhǎng)短軸比為2、3、4高6.8％-10.4%，21.1%-28.5%，47.9%-66.9%。
　　本文從傳熱傳質(zhì)基本原理出發(fā)，用Poppe法分析了橢圓管閉式冷卻塔的熱力性能，構(gòu)建了橢圓管閉式冷卻塔的數(shù)值計(jì)算微分方程，利用有限差分法離散，建立橢圓管閉式冷卻塔冷卻水順流式和逆流式的數(shù)學(xué)模型。利用本文擬合得到的不同長(zhǎng)短軸比的橢圓管管外噴淋水膜對(duì)流傳熱系數(shù)，編

4、制橢圓管閉式冷卻塔Matlab設(shè)計(jì)校核程序，對(duì)閉式冷卻塔中的橢圓管傳熱傳質(zhì)性能進(jìn)行分析。為了檢驗(yàn)Matlab模型的正確性，將模型運(yùn)行工況設(shè)置為與現(xiàn)已有實(shí)驗(yàn)研究相應(yīng)的工況，將模擬計(jì)算所得結(jié)果與現(xiàn)已有實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大誤差率為16%，說(shuō)明該數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確性滿足實(shí)際工程，同時(shí)可證明對(duì)擬合的管外水膜傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式合理。
　　本文對(duì)冷卻水方向?yàn)轫樍髑闆r下閉式冷卻塔Matlab模型進(jìn)行模擬計(jì)算，研究橢圓管型閉式冷卻

5、塔性能的結(jié)構(gòu)因素（換熱盤(pán)管管徑）和影響橢圓管型閉式冷卻塔性能的運(yùn)行因素（管內(nèi)冷卻水質(zhì)量流量、噴淋密度、空氣濕球溫度、空氣質(zhì)量流量）對(duì)不同長(zhǎng)短軸比橢圓管閉式冷卻塔的換熱性能的影響。結(jié)果表明，閉式冷卻塔分別在不同管內(nèi)冷卻水質(zhì)量流量、噴淋密度、空氣濕球溫度、空氣流量等性能參數(shù)及管徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)影響下，相同運(yùn)行工況時(shí)，長(zhǎng)短軸比為a/b=2的橢圓管具有最好的冷卻效果。其冷卻水進(jìn)出口溫差分別比a/b=1.5、3、4大1.65%~21.9%、4.40%

6、~36.90%和2.94%~39.6%，其冷卻效率分別比a/b=1.5、3、4高1.01%~22.28%、3.12%~54.06%和0.39%~55.32%。
　　本文針對(duì)具有換熱性能最好的長(zhǎng)短軸比為a/b=2的橢圓管，通過(guò)Matlab模擬計(jì)算，研究了在順流和逆流兩種不同冷卻水流向?qū)υ撻]式冷卻塔內(nèi)流體溫度、焓值分布以及換熱性能影響的比較。結(jié)果表明，順流時(shí)具有更大的冷卻水進(jìn)出口溫差以及更好的冷卻效率。在相同運(yùn)行工況條件下，順流的冷卻

7、效率比逆流的高8.5%。
　　本文通過(guò)Matlab模擬計(jì)算，將具有換熱性能最好的長(zhǎng)短軸為a/b=2的橢圓管與圓管的閉式冷卻塔換熱性能進(jìn)行分析比較，設(shè)定橢圓管長(zhǎng)半軸為8.2mm，短半軸為4.1mm。選用與該橢圓管具有相同截面周長(zhǎng)39.88mm的圓管，其直徑為12.7mm。結(jié)果表明在同一工況下，橢圓管閉式冷卻塔的冷卻水進(jìn)出口溫差比圓管閉式冷卻塔的大1.57%~16.82%，橢圓管閉式冷卻塔的冷卻效率比圓管的高0.76%~7.75%。由