冷却塔原理概述

摘要：冷却塔的基本工作原理是蒸发凝结和热量交换。它以水为循环冷却剂，从一个系统中吸收热量并排放至大气中，从而降低塔内温度，使冷却水可循环使用。在湿式冷却塔中，热水温度高，流过水表面的空气温度低，水将热量传给空气，由空气带走并散到大气中去。水向空气散热主要有接触散热和

冷却塔原理介绍

冷却塔是一种利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的设备。以下将详细介绍其工作原理、传热机制、工作过程以及相关专有名词。

工作原理

冷却塔的基本工作原理是蒸发凝结和热量交换。它以水为循环冷却剂，从一个系统中吸收热量并排放至大气中，从而降低塔内温度，使冷却水可循环使用。在湿式冷却塔中，热水温度高，流过水表面的空气温度低，水将热量传给空气，由空气带走并散到大气中去。水向空气散热主要有接触散热和蒸发散热两种形式，辐射散热量很小，可忽略不计。

接触散热（热传）：由于水和空气接触时存在温度差（Tw＞Ta），空气会带走水的一部分热量，使水温下降。

蒸发散热（质传）：水的表面蒸发形成的水蒸气不断向空气中扩散，同时把水的汽化潜热带入空气，水蒸发吸热使剩余的水温降低。水分子有着不同的能量，平均能量由水温决定，在水表面附近一部分动能大的水分子克服邻近水分子的吸引力逃出水面而成为水蒸气，由于能量大的水分子逃离，水面附近的水体能量变小，因此水温降低。一般认为蒸发的水分子先在水表面形成一层薄的饱和空气层，其温度和水面温度相同，然后水蒸气从饱和层向大气中扩散的快慢取决于饱和层的水蒸气压力和大气的水蒸气压力差，即道尔顿（Dolton）定律。

传热机制

不同类型的冷却塔采用的传热机制有所不同：

干式冷却塔：通过一个表面进行热传递，该表面利用对流热传递将工作流体与环境空气分离，例如在管 - 空气换热器中，它们不使用蒸发。

湿冷却塔（或开路冷却塔）：工作原理是蒸发冷却，工作液和蒸发液（通常是水）是同一种液体。当环境空气被抽过一股水流时，一小部分水会蒸发，而蒸发该部分水所需的能量则来自剩余的水，从而降低了水的温度。为了获得更好的性能，会使用填充介质来增加表面积和空气与水流之间的接触时间，喷溅填充物可中断水流导致喷溅，薄膜填料由水流过的材料薄片（通常是PVC）组成，这两种方法都能改善热传递。

流体冷却器（或闭路冷却塔）：将工作流体通过管束的混合物，在管束上喷洒清水并施加风扇引风，其传热性能更接近于湿冷却塔，优点是可以保护工作流体不受环境暴露和污染。

工作过程

以圆形逆流式冷却塔为例，其工作过程如下：

热水进入冷却塔：热水自主机房通过水泵以一定的压力经过管道、横喉、曲喉、中心喉将循环水压至冷却塔的播水系统内。

热水喷洒在填料上：通过播水管上的小孔将水均匀地播洒在填料上面，热水流经填料表面时形成水膜。

空气与水进行热交换：干燥的低焓值的空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内，与水膜进行热交换。在热交换过程中，热水中的热量传递给空气，空气的温度升高，水的温度降低。一般情况下，进入塔内的空气是干燥低湿球温度的空气，水和空气之间存在着水分子的浓度差和动能压力差，当风机运行时，在塔内静压的作用下，水分子不断地向空气中蒸发，成为水蒸气分子，剩余的水分子的平均动能便会降低，从而使循环水的温度下降。

冷却后的水流出冷却塔：经过热交换后的水，温度降低，滴入底盆内，经出水管流入主机，继续循环使用。

空气排出冷却塔：吸收了热量的空气，温度升高，湿度增加，从冷却塔的顶部排出。在排出过程中，空气中携带的水滴被收水器回收，减少水的损失。

专有名词

干球温度：在当地气温条件下，用普通的干球温度计所测的空气温度。

湿球温度：在当地气温条件下，用湿球温度计所测的空气温度，湿球温度计是将一般温度计的感温球部位用湿纱布包裹。

逼近度：冷却塔出水温度与湿球温度之差，该差值至少大于2℃。

热负荷：冷却塔所能去除的热量，单位：Kcal。

水的比热容：规定将1Kg的水，温度升高1℃所需的热量定位4.19KJ，单位：4.19KJ/Kg.℃ 或 1Kcal/Kg.℃。

循环水量：单位时间内的循环水流量，单位：m³/hr、Lpm、Gpm等。

淋水密度：单位时间内通过每平方米淋水填料水平断面的水流量。

飘水率：单位时间内从除水器漂出的水量与进塔水量之比。

气水比：进塔干空气质量与进塔冷却水质量之比。