論文：噴射式冷卻塔試驗管理

噴射式冷卻塔的構造

1分水器2噴管和噴嘴3出塔水管4過濾器5集水槽6收水器

2試驗用噴射塔的結構和實驗台

為了研究噴射式冷卻塔的空氣動力性能（噴霧引射性能）和熱工性能（噴霧冷卻性能），在清華大學空調試驗室建成了一個實驗台。該台由試驗用噴射塔、空氣處理系統、水系統和量測儀表組成。

試驗用的噴射塔斷面尺寸可以改變，塔中噴嘴佈置可能有若干方案，噴射塔長可以調整，噴射水壓、進塔空氣參數和進塔水温都可以控制。

噴嘴是試驗用噴射塔斷面示意圖。塔共有3排噴管，每排噴管上可佈置5～7個噴嘴。圖3是空氣處理系統，可將室外新風及一部分迴風的混合物處理到試驗要求的參數，該系統有送風機、迴風機、加濕器和加熱器。圖4是水系統原理圖，水系統則向噴射塔供應温度一定的熱水，水温由電加熱控制，電加熱熱量不足時還可以啟動水系統中的燃油熱水鍋爐。

3.試驗內容和試驗工況

3．1空氣動力試驗

為了分析影響噴射塔內誘導空氣能力的諸因素，進行了各種工況的試驗。每種試驗工況下都測出了進塔空氣量L及同一時間的噴水量Q，進而求出氣水比λ，λ=L/Q

3.2熱工性能試驗

為了尋找影響塔內水温降的諸因素，進行了各種工況的試驗，在每種工況下都測出了進、出水温度tw1和tw2，.求出水温降Δt，同時測出進塔空氣的乾球温度t和濕球温度ts。

4.試驗結果及分析

4．1空氣動力試驗

4．1．1噴嘴間距及邊界條件相同時，噴射塔的氣水比隨噴壓變化而變化的情況如圖5-7所示，其中邊界尺寸A保持不變。

由這些圖中可以看出兩點：一是氣水比隨噴嘴間距K及S的增大而增大；二是氣水比隨噴壓的.增大而增大，達到一定值後不再變化。

雖然氣水比λ的增加將會改善冷卻效果，但是投資增加，而過大地增加噴壓還會增加能耗。另外，從圖5～7可看出，K×S由250×50（mm）增至280×60（mm）時，λ的增幅已經下降，而且噴壓p增至0.15MPa後，λ的增勢已不明顯。所以在噴射塔的設計中宜取K×S=280×60（mm），運行中宜取p=0.1～0.15MPa。

4．1．2邊界尺寸不同時，噴射塔的氣水比隨噴壓變化而變化的情況如圖8所示。圖8是在K=250mm，S=60mm，A值不變（90mm），B值變化了兩次（155、125mm）條件下得得到試驗曲線。該圖説明，當噴射塔斷面尺寸一定及噴壓相同時，邊界尺寸大者，氣水比也大。不過從圖8可見，當噴壓p由0.1變化至0.2MPa的範圍內，氣水比的增幅快慢明顯減小，亦即這時增大A或B，λ值的增加量不會很大，因為尺寸A或B過大時，噴射水流的誘導能力不起作用。所以無需加大A或B。

氣水比與噴壓的關係

4．2熱工性能試驗

4．2．1水温降隨噴壓變化而變化的情況如圖9所示。圖9同時也説明了塔長變化對水温降的影響。

由圖可見，在塔長、進塔水温及進塔空氣濕球温度一定的條件下，水温降值隨噴壓增加而略有減小，這與噴壓增加時，氣水比增大而有利於熱濕交換的結論似有矛盾。不過隨着噴壓增高、液滴速度加快，空氣與液滴接觸的時間縮短，確實可能抑制水温降增加的趨勢，使水温降不但不再增加，反而有減小。

水温降與噴壓的關係

4．2．2水温降隨進塔空氣濕球温度變化而變化的情況如圖10、11所示。

由此可見，在塔長、噴壓和進塔水温一定的條件下，水温降隨進塔空氣濕球温度的升高而減小。這一現象的理論解釋如下。

由於噴射式冷卻塔為順流換熱模型，塔內熱濕變換的推動力就是液滴表面飽和空氣層的焓值與進塔空氣焓值之差，而進塔空氣的焓值主要取決於其濕球温度。當進塔空氣濕球温度增高時，其焓值增大，因而上述焓差就減小，塔內空氣與水熱濕交換推動力也減小，因而水温降變小。反之水温降就變大。

一般地説，進塔空氣的乾球温度對水温降影響不大，但當時塔空氣幹、濕球温度接近時，即進塔空氣接近飽和狀態時，塔內水温降也不大，這是因為在這種情況下只存在温差散熱而不存在蒸發散熱的緣故。試驗過程中多交出現過這種情況。由此可見，噴射塔用在空氣相對濕度較小的地方比用在潮濕的地方更有利。

4．2．3塔內水温降隨進口水温變化而變化的情況如圖12所示。由圖可見，在塔長、噴奔和進塔濕球温度一定的條件下，隨着進塔水温升高，水温降也加大。這是因為，水温高時，水滴周圍的飽和空氣層温度也高，因而水蒸氣分壓力也大，所以它與進塔空氣之間水蒸氣分壓力差加大，這就有利於水分蒸發及散發熱量。

水温降與進塔水温的關係

因此，噴射式冷卻塔對冷卻高温或中温的熱水更有利。

4．2．4塔長對水温降的影響從圖9及圖12中都可以看出。總的説來塔越長，水温降越大。但是，試驗表明，塔長由2060增至2500mm時，水温降增幅已明顯地低於塔長由1700增至2060mm時的增幅，所以塔長不宜超過2500mm。

4．2．5由於現有噴射塔的分水器（中間還有水過濾網）均位於塔體一側，無法實現模塊化組合，因此如能將分水器佈置在塔頂，使分水排管變成垂直佈置則可為不同容量噴射塔按標準模塊組合創造條件。為了研究該做法的可能性，將噴嘴排管改成了垂直佈置並保持間距280mm，此時噴嘴的縱向間距仍保持60mm，在tw1=37℃和tw2=27℃條件下進行了熱工試驗，結果表明，水温降不但未減小，且略有增大，均達5℃以上。

5.結論

5．1影響噴射式冷卻塔氣水比大小的主要因素是噴嘴間距和噴壓，氣水比越大，越有利於塔內空氣與水的熱濕交換，水温降也截止大。但是，過分增大噴嘴間距及噴壓並無好處，將帶來塔尺寸的增大、初投資及能耗的增加。綜合試驗結果，建議噴射塔的K×S值取280×60（mm），噴壓取0.1～0.15MPa。

5．2塔長對噴射塔內水温降有一定影響，塔長不夠時，空氣與水來不及進行熱濕交換，所以水温降不大；而塔太長則水温降增加不明顯，且初投資及佔地面積都將增加。試驗表明，塔長不超過2500mm為宜。

5．3對結構尺寸一定的噴射塔而言，影響水温降的主要因素是進塔空氣參數、進塔水温及噴壓。當進塔水温及噴壓一定時，進塔空氣濕球温度越低，水温降越大。所以，為得到足夠大的水温降，不能將噴射塔用於室外空氣濕球温度太高的地區。試驗表明，進塔空氣濕球温度最好不要超過28℃，否則水温降將達不到設計要求。

5．4試驗表明，對於結構尺寸一定的噴射塔來説，在一定範圍內，只要調節噴壓就可滿足各種負荷（冷卻水量）的變化要求，而水温降變化仍可滿足要求。噴射塔的這一特性，使其具有較大的使用靈活性。在特殊情況下，為了減小塔的尺寸及佔地面積，可以使用更高的噴壓。噴射塔的這個特性又叫"等效擴容性"。

5．5試驗表明，可以將分水器放在塔頂，以便做成模塊組合式噴射冷卻塔。