在大多數(shù)工業(yè)廠房的大型玻璃鋼冷卻塔中，冷卻水與空氣直接接觸。冷卻水通過塔內(nèi)的噴淋管和噴嘴系統(tǒng)泵送，并在重力作用下被吸入下方的水池中。來自大氣的空氣進(jìn)入塔底并流過下降的水。塔的整個(gè)橫截面都裝有“填料”，以確保水下降時(shí)空氣有較大的表面積。水以薄膜形式流動(dòng)或飛濺，并遍布整個(gè)塔的橫截面，以確保水在下降時(shí)向空氣呈現(xiàn)較大的表面積。當(dāng)空氣在表面之間流動(dòng)時(shí)，水以薄膜形式流動(dòng)或飛濺并滴落在填充表面上。根據(jù)特定的設(shè)計(jì)，空氣可能主要向上流動(dòng)（逆流）或水平流動(dòng)（橫流）。隨著水溫降低，空氣溫度升高。在大多數(shù)水塔中，水與空氣直接接觸，傳熱的“驅(qū)動(dòng)力”不是局部溫差，而是局部熱函差。即，差值 (hS – hG)，其中 hS 是飽和空氣在水/空氣界面局部溫度下的比焓，hG 是濕空氣的比局部體積焓。從水到空氣的局部熱通量是該驅(qū)動(dòng)力與具有質(zhì)量通量單位的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的乘積。這比局部溫差是驅(qū)動(dòng)力的情況大幾倍，如在“干式”熱傳遞的情況下，流體被固體壁隔開并且沒有蒸發(fā)發(fā)生。

對(duì)于各種工業(yè)廠房，熱量必須以某種方式從工廠轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境。有時(shí)這是通過與空氣的直接對(duì)流來實(shí)現(xiàn)的，例如在風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)中。更經(jīng)常地，使用水流，即“冷卻水”。如果工廠靠近河流、湖泊或海洋，可以為其提供大量低溫冷卻水，然后返回到更高溫度的冷卻源。然而，工廠選址通常受其他因素控制，例如原材料、煤炭的位置。附近可能有河流或湖泊，但進(jìn)一步提高水溫可能是不可接受的。在這種情況下，冷卻水本身必須在使用后通過向大氣傳熱進(jìn)行冷卻，然后返回工廠重新使用。玻璃纖維冷卻塔正是為此目的而設(shè)計(jì)的：將熱量從冷卻水流傳遞到大氣中。

通過大型玻璃纖維冷卻塔的氣流可以通過兩種方式產(chǎn)生：自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)。在自然通風(fēng)塔中，填充區(qū)域位于實(shí)際上是大煙囪的底部?jī)?nèi)部（圖 2）。與溫暖的冷卻水接觸后，填料上方的空氣密度比大氣低約 5%。 “煙囪”中的空氣與外部空氣之間的重量差提供了克服阻礙氣流通過塔的壓力損失的驅(qū)動(dòng)力。選擇這種塔的典型“雙曲線”輪廓（如圖 2 所示）主要是出于結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)原因——它比普通圓柱形外殼更能抵抗風(fēng)致應(yīng)力和振動(dòng)，并且需要更少的材料。

機(jī)械通風(fēng)塔使用由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇來產(chǎn)生氣流。當(dāng)風(fēng)扇位于塔底部的進(jìn)氣口時(shí)，塔被稱為“強(qiáng)制通風(fēng)”。當(dāng)風(fēng)扇位于塔頂?shù)某鲲L(fēng)口時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“引風(fēng)”。離心風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)都可以使用，但軸流風(fēng)機(jī)通常帶有引風(fēng)機(jī)。

總結(jié)了自然通風(fēng)塔和機(jī)械通風(fēng)塔的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)。在某些情況下，“輔助通風(fēng)”塔形式的經(jīng)濟(jì)折衷是自然通風(fēng)塔，自然通風(fēng)塔在通風(fēng)口底部安裝了風(fēng)扇，塔的尺寸比沒有通風(fēng)塔小得多扇子 。

在大多數(shù)大型 FRP 冷卻塔、直接接觸塔或上述類型的“濕式”塔中，大約 1% 的水流量通過細(xì)小水滴的蒸發(fā)和空氣夾帶損失到大氣中。 （較大的液滴被“除水器”攔截，通常是一系列板條覆蓋噴水滅火系統(tǒng)上方塔的整個(gè)橫截面。）這種損失必須由外部供應(yīng)來替代并保持集中。水中的鹽分含量低得可以接受，補(bǔ)充水的供應(yīng)量可能必須在 3% 左右。在某些地方，提供這樣的數(shù)量可能太困難或太昂貴，“干燥”塔可能是經(jīng)濟(jì)的。

在干燥塔中，水與空氣不直接接觸，不會(huì)因蒸發(fā)而損失水分。實(shí)際上，填料被換熱器取代，其中金屬壁將兩股氣流隔開。干塔可以是自然塔、機(jī)械塔或輔助塔。但通過蒸發(fā)消除水分損失的代價(jià)很高。蒸發(fā)冷卻效應(yīng)也被消除，估計(jì)達(dá)到相同冷卻能力所需的空氣流量必須是濕塔的三倍或更多倍。所以塔必須更大更貴。此外，塔的熱交換器組的生產(chǎn)成本將高于相應(yīng)的填料。 “濕-干”塔已被提議作為濕式塔和干式塔之間的折衷方案。

包裝使用了多種材料和幾何設(shè)計(jì)：由水泥基或塑料制成的瓦楞屋頂板；橫截面為三角形或矩形的木條；由材料制成的復(fù)雜蜂窩幾何形狀。 [辛厄姆 (1990)； Hill、Pullin 和 Osborne (1990) 以及 Johnson (1990)]

所有提議的 FRP 冷卻塔都可以通過列出以下五個(gè)數(shù)量的值來指定：所需屬性：

水的質(zhì)量流量；

水的入口溫度；

水的出口溫度；

大氣濕球溫度；

大氣壓假定為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，特殊情況除外?？諝獾馁|(zhì)量流量沒有規(guī)定，確定它的值是設(shè)計(jì)者的首要任務(wù)。為了預(yù)測(cè)現(xiàn)有塔的性能，必須確定空氣的質(zhì)量流量代替上表中的出口水溫。默克爾方程允許對(duì)擬建和現(xiàn)有塔樓進(jìn)行計(jì)算。將上述變量與與擬議或現(xiàn)有填料的傳熱性能相關(guān)的變量相關(guān)聯(lián)。它基于均勻的一維逆流，但可以適應(yīng)其他條件，方程可表示為：

hw = 水在任何水平的比焓；

hG = 在同一水平下的大量濕空氣的比焓；

hS = 在與水相同溫度下的飽和空氣的比焓；

=單位面積水的質(zhì)量流量；

=單位面積潮濕空氣（“氣體”）的質(zhì)量流量；

NTU = "包的傳輸單元數(shù)”。

IM 的數(shù)量，由等式定義。 (2)是冷卻要求的量度。由 Eq. 定義的數(shù)量 Ip。 (3)是衡量包裝性能的指標(biāo)。默克爾的等式（1）要求它們相等。

IM的水/空氣質(zhì)量流量比的任意值都可以通過指定上述五個(gè)設(shè)計(jì)量以及水和濕空氣的焓特性數(shù)據(jù)來評(píng)估。所選填料的性能（表示為 Ip）也是流量比的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)。因此，這兩個(gè)量的相等性允許根據(jù)默克爾方程找到流量比。由于指定了水質(zhì)量流量，因此現(xiàn)在無需塔設(shè)計(jì)的其他詳細(xì)信息即可知道空氣質(zhì)量流量。這適用于自然通風(fēng)塔和機(jī)械通風(fēng)塔，但其余設(shè)計(jì)過程取決于所考慮的塔類型。對(duì)于自然通風(fēng)的塔，塔的高度和橫截面積必須使得在現(xiàn)在已知的空氣流量下估計(jì)的壓力損失之和等于由于溫暖潮濕空氣的浮力而產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)壓力差.對(duì)于機(jī)械通風(fēng)塔，必須選擇風(fēng)機(jī)來提供以下動(dòng)力：對(duì)于已知的空氣流量，壓力上升等于估計(jì)的壓力損失。

任何滿足這些傳熱和壓力損失要求的設(shè)計(jì)在技術(shù)上都是有效的。可以有無數(shù)種設(shè)計(jì)，在形狀、高度、截面積、包裝類型、包裝深度等方面各不相同。最終選擇是在考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和操作因素后做出的，通常是綜合考慮一些成本優(yōu)化程序。

對(duì)于現(xiàn)有的塔，需要稍微不同的計(jì)算過程。目標(biāo)是確定上面列表中的第三個(gè)變量的值（出水溫度）對(duì)于任何一組可能感興趣的其他四個(gè)變量。第一步是通過匹配自然通風(fēng)塔的浮力和壓力損失來確定空氣質(zhì)量流量；或機(jī)械通風(fēng)的風(fēng)機(jī)壓力升高和壓力損失。由于水的質(zhì)量流量已知（指定），因此可以計(jì)算水/空氣質(zhì)量流量比，并從已知的填料特性中獲得 Ip。最后一步類似于上面概述的步驟：最后，通過實(shí)驗(yàn)找出將導(dǎo)致 IM 達(dá)到所需值的出水水溫值。

一個(gè)公認(rèn)的事實(shí)是，真實(shí)塔中的空氣和水流與設(shè)計(jì)和分析中通常假設(shè)的均勻一維流動(dòng)相去甚遠(yuǎn)?？梢酝ㄟ^引入校正因子來解決差異，該校正因子的值是根據(jù)色譜柱上的滿量程測(cè)試數(shù)據(jù)估算的。此類數(shù)據(jù)供不應(yīng)求，即使有，修正的有效性仍存疑；根據(jù)合同條款，一些“過度工程”可能是謹(jǐn)慎的。另一種方法是回到流體力學(xué)、傳熱和傳質(zhì)的基本方程，并借助計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 技術(shù)推導(dǎo)出數(shù)值解。這些解決方案原則上可以用作設(shè)計(jì)的唯一基礎(chǔ)?；蛘咚鼈兛捎糜谛薷暮透倪M(jìn)現(xiàn)有的更簡(jiǎn)單的方法。

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