CN114692327A - 一种多进风型复合冷却塔风量计算方法 - Google Patents

Abstract

本公开揭示了一种多进风型复合冷却塔风量计算方法，包括：获取多进风型复合冷却塔几何参数、选型参数和环境参数；假定冷却塔运行过程中的风机运行总风量为Q_t并计算风机全压Δp_fan；假定流经湿区风量为Q_w；根据冷却塔几何参数、选型参数和环境参数获得冷却塔湿区总风阻R_w和干区总风阻R_d，计算实际流经湿区风量Q_w，c；若假定的流经湿区风量Q_w与实际流经湿区风量Q_w，c的残差在设定范围内，则假定的流经湿区风量Q_w即为风量Q_w，c，并以冷却塔进出口为参考面，同时基于伯努利方程建立冷却塔阻力特性方程，否则重新对流经湿区风量Q_w进行假定；若风机全压Δp_fan使得阻力特性方程成立，则假定的风机运行总风量Q_t即为实际冷却塔运行总风量，否则重新对风机运行总风量Q_t进行假定并再次执行步骤S3至S5。

Description

一种多进风型复合冷却塔风量计算方法

技术领域

本公开属于复合冷却塔计算领域，具体涉及一种多进风型复合冷却塔风量计算方法。

背景技术

冷却塔是一种广泛应用于工业生产中冷却循环水的设备。根据水气接触的方式，冷却塔可以分为湿式冷却塔和干式冷却塔，其中，湿式冷却塔主要依靠空气与水之间的蒸发传热与对流传热完成热交换，其传热效率高，但是会损失部分蒸发水至空气中，造成水资源浪费。干式冷却塔将冷却水热量传递给散热金属片，再通过对流传热将热量传输给空气，干式冷却塔运行过程中，没有蒸发水损失，但是其冷却极限为空气干球温度，冷却效率较低。后来为了结合两种冷却塔的优点，开发了复合式冷却塔，其中较为常用的为多进风型复合冷却塔。该冷却塔具有多个进风口，环境空气分别从干区和湿区进入冷却塔，经与冷却水换热后的空气在冷却塔内部混合，再统一排出冷却塔。因此，精确快速获得干湿区通风量对复合冷却塔热力计算具有重要意义。

针对冷却塔的通风情况，现有很多不同实施方法，如通过传感器实时监测环境风速、风向，根据冷却塔进风处的自然风变化，实时调节导风板角度控制进风量。现有技术在设计消雾模块时，考虑了冷热风阻力平衡计算，并计算冷风风量和热风风量。以上方法通过实验测试冷却塔的进风量，涉及试验台的搭建及测试步骤，成本较高且耗时较长；而采用数值计算方法仅涉及消雾模块的改造设计(如进风口高度及单边边长)，对多进风型复合冷却塔风量无法进行快速计算。因此，开发一种可以快速准确计算多进风型复合冷却塔干湿区风量及风机运行工况点的方法对复合冷却塔的热力计算具有重要意义，尤其是在降低能耗和节能环保方面。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种多进风型复合冷却塔风量计算方法，该方法可以精确获得多进风型复合冷却塔各进风口的风量，从而可以减低实验研究所带来的时间与金钱成本。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

一种多进风型复合冷却塔风量计算方法，包括如下步骤：

S1：获取多进风型复合冷却塔几何参数、选型参数和环境参数，其中，所述几何参数包括冷却塔干湿区尺寸，出口尺寸和折流区尺寸，所述选型参数包括风机型号和干湿区管排参数，所述环境参数包括环境大气压和空气干湿球温度；

S2：根据风机性能曲线中风机风量运行工作范围，在工作范围内假定冷却塔运行过程中的风机运行总风量为Q_t，并根据风机全压-风机运行总风量对应关系计算风机全压Δp_fan；

S3：基于所述风机运行总风量Q_t，假定小于Q_t的流经冷却塔湿区的风量为Q_w；

S4：根据所述冷却塔几何参数、选型参数和环境参数，获得冷却塔湿区总风阻R_w和干区总风阻R_d，并根据所述湿区总风阻R_w和干区总风阻R_d计算实际流经湿区风量Q_w，c；

S5：若步骤S3中的所述风量Q_w与步骤S4中的所述风量Q_w，c的残差在设定范围内，则所述风量Q_w即为所述风量Q_w，c，并以冷却塔进出口为参考面，同时基于伯努利方程建立冷却塔阻力特性方程；否则返回步骤S3重新对所述风量Q_w进行假定；

S6：若步骤S2中的风机全压Δp_fan使得步骤S5中的阻力特性方程成立，则假定的风机运行总风量Q_t即为实际冷却塔运行总风量；否则返回步骤S2重新对风机运行总风量Q_t进行假定并再次执行步骤S3至S5。

优选的，步骤S2中，所述风机全压-风机运行总风量对应关系表示为：

其中，Δρ_fan为风机全压，Q_t为风机运行总流量，a、b、c为多项式系数。

优选的，步骤S4中，所述湿区总风阻R_w表示为：

R_w＝R_1，W+R_2，W

且

其中，R_1，W为湿区管排区风阻，ρ_a为环境空气密度，

为由喷淋水引起的阻力增加系数，N_w为光管每排管数，L_w为光管长度，S_1，w为光管横向间距，D_o，w为光管外径，N_r，w为光管管排数，Re_a，w为湿区雷诺数；

其中，R_2，w为湿区折流区压降，ξ_2，w为湿区折流区的局部阻力系数，其可以通过查阅局部阻力系数表得来，ρ_a为环境空气密度，F_2，w为湿区折流区入口截面积。

优选的，步骤S4中，所述干区总风阻R_d表示为：

R_d＝R_1，d+R_2，d

且

其中，R_1，d为干区管排区风阻，f_a为摩擦系数，N_r，d为翅片管管排数，S_1，d为翅片管横向间距，D_r，d为翅片管直径，N_f，d为翅片数量，S_f，d为翅片厚度，h_f，d为翅片高度，N_d为翅片管每排管数，L_d为翅片管长度；

其中，R_2，d为干区折流区风阻，ζ_2，d为干区折流区的局部阻力系数，其可以通过查阅局部阻力系数表得来，ρ_a为环境空气密度，F_2，d为干区折流区入口截面积。

优选的，步骤S4中，所述实际流经湿区风量Q_w，c表示为：

其中，R_w为湿区总风阻，R_d及干区总风阻。

优选的，步骤S5中，所述冷却塔阻力特性方程表示为：

其中，Δp_fan为风机全压，Δp_t为管路总阻力，ρ_a为环境空气密度，u_o为冷却塔出口处空气速度。

优选的，所述管路总阻力Δp_t表示为：

Δp_t＝Δp_1，d+Δp_2，d+Δp_Δ

或

Δp_t＝Δp_1，w+Δp_2，w+Δp_Δ

其中，Δp_1，w为湿区管排区压降，Δp_2，w为湿区折流区压降，Δρ_Δ为变截面区压降，Δp_1，d为干区管排区压降，Δp_2，d为干区折流区压降。

与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：

1、通过数值计算，可以精确获得多进风型复合冷却塔各进风口的风量，从而可以减低实验研究所带来的时间与金钱成本。

2、通过调整干湿区管排结构参数，可以快速获得管排数对多进风型复合冷却塔风量分配的影响程度，从而为后续冷却塔消雾设计奠定基础。

附图说明

图1是本公开一个实施例提供的一种多进风型复合冷却塔风量计算方法流程图；

图2是本公开一个实施例提供的一种多进风型复合冷却塔风量计算方法的计算例结构示意图；

图3是本公开一个实施例提供的风机性能曲线图；

图4是本公开一个实施例提供的一种多进风型复合冷却塔风量计算方法的计算例阻力简化示意图；

图5是本公开一个实施例提供的一种多进风型复合冷却塔风量计算方法的计算例与fluent计算结果对比图；

其中，1-湿区空气入口；2-喷头；3-湿区光管排区；4-湿区折流区；5-集水池；6-阀门；7-水泵；8-冷凝器；9-空气出口；10-风机；11-变截面区；12-干区翅片管排区；13-干区空气入口；14-干区折流区；15-循环水路。

具体实施方式

下面将参照附图1至图5详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。

一个实施例中，如图1所示，本公开提供一种多进风型复合冷却塔风量计算方法，包括如下步骤：

S1：获取如图2所示的多进风型复合冷却塔的几何参数、选型参数和环境参数，其中，所述几何参数包括冷却塔干湿区尺寸，出口尺寸和折流区尺寸，所述选型参数包括风机型号和干湿区管排参数，所述环境参数包括环境大气压和空气干湿球温度；

S2：根据如图3(图3中的横坐标Q为风机风量，纵坐标Pt为风机全压，N为风机功率)所示的风机性能曲线中风机风量运行工作范围，在工作范围内假定冷却塔运行过程中的风机运行总风量为Q_t，并根据风机全压-风机运行总风量对应关系计算风机全压Δp_fan；

S3：基于所述风机运行总风量Q_t，假定流经湿区风量为Q_w；

S4：根据所述冷却塔几何参数、选型参数和环境参数，获得冷却塔湿区总风阻R_w和干区总风阻R_d，并根据所述湿区总风阻R_w和干区总风阻R_d计算实际流经湿区风量Q_w，c；

S5：若步骤S3中的所述风量Q_w与步骤S4中的所述风量Q_w，c的残差在设定范围内(为了提高计算精度，一般可以选取设定范围为小于10^-4)，则所述风量Q_w即为所述风量Q_w，c，并以冷却塔进出口为参考面，同时基于伯努利方程建立冷却塔阻力特性方程；否则返回步骤S3重新对所述风量Q_w进行假定；

S6：若步骤S2中的风机全压Δp_fan使得步骤S5中的阻力特性方程成立，则假定的风机运行总风量Q_t即为实际冷却塔运行总风量；否则返回步骤S2重新对风机运行总风量Q_t进行假定并再次执行步骤S3至S5。

另一个实施例中，步骤S1中，所述风机全压-风机运行总风量对应关系表示为：

其中，Δp_fan为风机全压，Q_t为风机运行总流量，a、b、c为多项式系数。

另一个实施例中，步骤S4中，所述实际流经湿区风量Q_w，c表示为：

其中，R_w为湿区总风阻，R_d为干区总风阻。

R_w＝R_1，W+R_2，W

且

其中，R_1，W为湿区管排区风阻，ρ_a为环境空气密度，

为由喷淋水引起的阻力增加系数，N_w为光管每排管数，L_w为光管长度，S_1，w为光管横向间距，D_o，w为光管外径，N_r，w为光管管排数，Re_a，w为湿区雷诺数。

其中，R_2，w为湿区折流区压降，ξ_2，w为湿区折流区的局部阻力系数，其可以通过查阅局部阻力系数表得来，ρ_a为环境空气密度，F_2，w为湿区折流区入口截面积。

R_d＝R_1，d+R_2，d

且

其中，R_1，d为干区管排区风阻，f_a为摩擦系数，N_r，d为翅片管管排数，S_1，d为翅片管横向间距，D_r，d为翅片管直径，N_f，d为翅片数量，S_f，d为翅片厚度，h_f，d为翅片高度，N_d为翅片管每排管数，L_d为翅片管长度；

其中，R_2，d为干区折流区风阻，ζ_2，d为干区折流区的局部阻力系数，其可以通过查阅局部阻力系数表得来，ρ_a为环境空气密度，F_2，d为干区折流区入口截面积。

另一个实施例中，步骤S5中，所述冷却塔阻力特性方程表示为：

其中，Δp_fan为风机全压，Δp_t为管路总阻力，ρ_a为环境空气密度，u_o为冷却塔出口处空气速度。

另一个实施例中，将冷却塔内部阻力简化为管排区阻力、折流区阻力及变截面区阻力，如图4所示，则所述管路总阻力Δp_t表示为：

Δp_t＝Δp_1，d+Δp_2，d+Δp_Δ

或

Δp_t＝Δp_1，w+Δp_2，w+Δp_Δ

其中，Δp_1，w为湿区管排区压降，Δp_2，w为湿区折流区压降，Δp_Δ为变截面区压降，Δp_1，d为干区管排区压降，Δp_2，d为干区折流区压降。

其中，N_r，d为翅片管管排数；ρ_a为环境空气密度；f_a为摩擦系数，表示为

且Re_a，d为干区雷诺数，S_1，d为翅片管横向间距，S_3，d为翅片管斜向间距，D_r，d为翅片管直径；G_max，d为干区最大空气质量流率，表示为

且ρ_a为环境空气密度，Q_d为干区空气流量，A_min，d表示为

且N_f，d为翅片数量，S_f，d为翅片厚度，h_f，d为翅片高度。

其中，ξ_2，d为干区折流区的局部阻力系数，其可以通过查阅局部阻力系数表得来，u_2，d为干区折流区空气流速。

其中，

为由喷淋水引起的阻力增加系数，可以取为1.2；u_max，w为湿区空气最大流速，表示为

且u_w为湿区空气流速，S_1，w为光管横向间距，D_o，w为光管外径；ξ_1，w为局部阻力系数，表示为

且N_r，w为光管管排数，Re_a，w为湿区雷诺数。

其中，ξ_2，w为湿区折流区的局部阻力系数，其可以通过查阅局部阻力系数表得来，u_2，w为湿区折流区空气流速。

其中，ξ_Δ为变截面区的局部阻力系数，其可以通过查阅局部阻力系数表得来，u_Δ为变截面区空气流速。

为验证本公开所述方法的有效性，将上述实施例参数，如冷却塔干湿区尺寸，出口尺寸及折流区尺寸等；冷却塔选型参数：如风机型号，干湿区管排参数等；冷却塔运行过程中环境参数：如环境大气压，空气干湿球温度等带入fluent软件进行模拟，并将模拟结果与使用本方法结果进行对比，结果如图5所示。结果表明：在该种形式下，使用fluent计算风机运行总风量为838.58m³/s，湿区风量为338.63m³/s，干区风量为499.95m³/s，使用本方法计算风机运行总风量为851.64m³/s，湿区风量为340.33m³/s，干区风量为511.31m³/s。两者相对误差平均值为1.44％，在工程应用误差范围内，本方法简单有效。

以上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。

Claims (7)

1.一种多进风型复合冷却塔风量计算方法，包括如下步骤：

S1：获取多进风型复合冷却塔的几何参数、选型参数和环境参数，其中，所述几何参数包括冷却塔干湿区尺寸，出口尺寸和折流区尺寸，所述选型参数包括风机型号和干湿区管排参数，所述环境参数包括环境大气压和空气干湿球温度；

S2：根据风机性能曲线中风机风量运行工作范围，在工作范围内假定冷却塔运行过程中的风机运行总风量为Q_t，并根据风机全压-风机运行总风量对应关系计算风机全压Δp_fan；

S3：基于所述风机运行总风量Q_t，假定小于Q_t的流经冷却塔湿区的风量为Q_w；

S4：根据所述冷却塔的几何参数、选型参数和环境参数，获得冷却塔的湿区总风阻R_w和干区总风阻R_d，并根据所述湿区总风阻R_w和干区总风阻R_d计算实际流经冷却塔湿区的风量Q_w，c；

S5：若步骤S3中的所述风量Q_w与步骤S4中的所述风量Q_w，c的残差在设定范围内，则所述风量Q_w即为所述风量Q_w，c，并以冷却塔进出口为参考面，同时基于伯努利方程建立冷却塔阻力特性方程，否则返回步骤S3重新对所述风量Q_w进行假定；

S6：若步骤S2中的风机全压Δp_fan使得步骤S5中的阻力特性方程成立，则假定的风机运行总风量Q_t即为冷却塔实际运行总风量；否则返回步骤S2重新对所述风机运行总风量Q_t进行假定并再次执行步骤S3至S5。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，步骤S2中，所述风机全压-风机运行总风量对应关系表示为：

其中，Δp_fan为风机全压，Q_t为风机运行总流量，a、b、c为多项式系数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S4中，所述湿区总风阻R_w表示为：

R_w＝R_1，W+R_2，W

日

其中，R_1，W为湿区管排区风阻，ρ_a为环境空气密度，

为由喷淋水引起的阻力增加系数，N_w为光管每排管数，L_w为光管长度，S_1，w为光管横向间距，D_o，w为光管外径，N_r，w为光管管排数，Re_a，w为湿区雷诺数；

其中，R_2，w为湿区折流区压降，ξ_2，w为湿区折流区的局部阻力系数，其可以通过查阅局部阻力系数表得来，ρ_a为环境空气密度，F_2，w为湿区折流区入口截面积。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S4中，所述干区总风阻R_d表示为：

R_d＝R_1，d+R_2，d

且

其中，R_1，d为干区管排区风阻，f_a为摩擦系数，N_r，d为翅片管管排数，S_1，d为翅片管横向间距，D_r，d为翅片管直径，N_f，d为翅片数量，S_f，d为翅片厚度，h_f，d为翅片高度，N_d为翅片管每排管数，L_d为翅片管长度；

其中，R_2，d为干区折流区风阻，ζ_2，d为干区折流区的局部阻力系数，其可以通过查阅局部阻力系数表得来，ρ_a为环境空气密度，F_2，d为干区折流区入口截面积。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S4中，所述实际流经湿区风量Q_w，c表示为：

其中，R_w为湿区总风阻，R_d及干区总风阻。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S5中，所述冷却塔阻力特性方程表示为：

其中，Δp_fan为风机全压，Δp_t为管路总阻力，ρ_a为环境空气密度，u_o为冷却塔出口处空气速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述管路总阻力Δp_t表示为：

Δp_t＝Δp_1，d+Δp_2，d+Δp_Δ

或

Δp_t＝Δp_1，w+Δp_2，w+Δp_Δ

其中，Δp_1，w为湿区管排区压降，Δp_2，w为湿区折流区压降，Δp_Δ为变截面区压降，Δp_1，d为干区管排区压降，Δp_2，d为干区折流区压降。

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