閉式冷卻塔中水平橢圓管傳熱傳質性能研究.pdf

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

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

3、水膜對流傳熱系數(shù)逐漸減小。長短軸比為1.5的橢圓管的水膜對流傳熱系數(shù)最大，分別比長短軸比為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，構建了橢圓管閉式冷卻塔的數(shù)值計算微分方程，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)學模型。利用本文擬合得到的不同長短軸比的橢圓管管外噴淋水膜對流傳熱系數(shù)，編

4、制橢圓管閉式冷卻塔Matlab設計校核程序，對閉式冷卻塔中的橢圓管傳熱傳質性能進行分析。為了檢驗Matlab模型的正確性，將模型運行工況設置為與現(xiàn)已有實驗研究相應的工況，將模擬計算所得結果與現(xiàn)已有實驗研究結果進行對比，得到計算值與實驗值的最大誤差率為16%，說明該數(shù)學模型準確性滿足實際工程，同時可證明對擬合的管外水膜傳熱系數(shù)經驗公式合理。
　　本文對冷卻水方向為順流情況下閉式冷卻塔Matlab模型進行模擬計算，研究橢圓管型閉式冷卻

5、塔性能的結構因素（換熱盤管管徑）和影響橢圓管型閉式冷卻塔性能的運行因素（管內冷卻水質量流量、噴淋密度、空氣濕球溫度、空氣質量流量）對不同長短軸比橢圓管閉式冷卻塔的換熱性能的影響。結果表明，閉式冷卻塔分別在不同管內冷卻水質量流量、噴淋密度、空氣濕球溫度、空氣流量等性能參數(shù)及管徑等結構參數(shù)影響下，相同運行工況時，長短軸比為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%。
　　本文針對具有換熱性能最好的長短軸比為a/b=2的橢圓管，通過Matlab模擬計算，研究了在順流和逆流兩種不同冷卻水流向對該閉式冷卻塔內流體溫度、焓值分布以及換熱性能影響的比較。結果表明，順流時具有更大的冷卻水進出口溫差以及更好的冷卻效率。在相同運行工況條件下，順流的冷卻

7、效率比逆流的高8.5%。
　　本文通過Matlab模擬計算，將具有換熱性能最好的長短軸為a/b=2的橢圓管與圓管的閉式冷卻塔換熱性能進行分析比較，設定橢圓管長半軸為8.2mm，短半軸為4.1mm。選用與該橢圓管具有相同截面周長39.88mm的圓管，其直徑為12.7mm。結果表明在同一工況下，橢圓管閉式冷卻塔的冷卻水進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