冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究

冷却塔加注液的流动传热特性分析及优化设计随着城市化进程不断加速，工矿企业的兴起和发展，各种高温热源在工业领域得到越来越广泛的应用。

其中，冷却塔是一种非常重要的设备，其主要作用是通过水的自然蒸发使高温的循环冷却水得以降温，进而提高工业设备的效率和稳定性。

近年来，随着人们对环保和节能的不断追求，冷却塔技术也在不断升级和改进，冷却塔加注液的流动传热特性分析及优化设计也日渐受到人们的关注。

一、冷却塔加注液的流动传热特性分析冷却塔是一种热交换器，在其内部，水通过填充物向下流动，而空气从下往上通过填充物，进而与水发生直接接触换热。

在这个过程中，冷却塔加注液的作用是促进水的均匀分布和降低水的表面张力，从而使水更加容易被填充物湿润，进而提高传热效率。

冷却塔加注液的传热特性受到多种因素的影响，比如加注液的类型、加注液的量、填充物的类型和尺寸、空气流速等等。

其中，加注液的类型和量是影响最为显著的因素之一。

在实际生产中，可以采用一些化学药剂作为加注液，如表面活性剂、防吸附剂、氧化剂等等。

这些化学药剂可以在水上形成一层薄薄的液膜，从而增加水对填充物的湿润度，提高传热效果。

另外，在加注液中添加适量的酸碱度调节剂，可以有效地控制水的pH值，防止水中的矿物质和溶解物导致填充物的堵塞和腐蚀。

二、冷却塔加注液的优化设计为了进一步提高冷却塔加注液的传热效率，可以采用以下几种优化设计方案：1. 优化填充物的结构和排列方式填充物的结构和排列方式是影响冷却塔加注液传热效果的重要因素之一。

通常情况下，冷却塔的填充物分为板式和花篮式两种。

板式填充物在传热面积相同的情况下，相比花篮式填充物具有更大的气水接触面积，因此，其传热效率相对更高。

同时，在填充物纵向上采用波浪形排列方式，可以增加冷却塔的湿表面积，进而提高冷却效果。

2. 采用新型加注液技术在冷却塔加注液的选择上，可以采用一些新型加注液技术，如雾化式加注液和气浮式加注液等等。

这些新技术可以使加注液更加均匀地分布在填充物表面，从而增加填充物的湿润度，提高传热效率。

冷却塔进出水温模拟实验报告本次实验是利用实验室提供的装置模拟冷却塔在实际工作中的进出水温度变化情况。

实验过程中，我们按照实验操作规程，通过改变进水流量、放开溢流口、调节加热器功率等方法模拟不同的工作条件，观察并记录出水温度的变化情况。

首先，我们将进水流量调节至1.2L/min，该流量下冷却塔的出水温度约为40℃，出水流量为1.2L/min，水的温度并没有急剧变化，说明冷却效果不错，可以满足一般的工作需求。

接着，我们将进水流量逐渐增加，观察出水温度的变化情况。

当进水流量达到2.0L/min时，出水温度明显下降至32℃左右，这说明进水流量对冷却效果有着较大的影响，需要根据实际情况进行合理的调节。

其次，我们放开溢流口，观察出水温度的变化情况。

在水位没有上升到溢流口的位置时，出水温度基本不变，这说明当水量在容器内没有急剧变化时，进出水温度也不会发生明显的变化。

当水位上升到溢流口位置时，出水温度迅速下降，说明溢流口起到了调节水位的作用，并通过这种方式影响冷却效果。

最后，我们调节加热器功率，观察出水温度的变化情况。

在加热器功率较低的情况下，出水温度上升缓慢，说明加热器较为稳定。

但当加热器功率调节至较高的水平时，出水温度上升迅速，并可能出现过热的情况，这提示我们需要合理调节加热器功率，以避免出现不良的冷却效果或其他安全隐患。

总的来说，本次实验通过模拟不同的工作条件，观察与记录出水温度的变化情况，为工程师在实际工作中调节控制参数提供了一定的参考依据。

在实际应用中，需要根据具体情况加以综合考虑，选择合适的参数，以达到最佳的冷却效果。

超大型高位集水冷却塔的三维数值模拟研究高德申;郭富民;宋小军【摘要】Since the advantage of cooling tower with water collectors devices is obvious at high performance,energy conservation and low noise,this type of cooling tower has been widely used in fire and thermal power plant.This paper focuses on tower performance by CFD,while establishing thermal and aerodynamic characteristics of three dimensional numerical model about the tower.The numerical simulation results show that:(1) Although the cooled water-collectors increase flow resistance,but this increment is significantly less than the decrease of resistance of rain zone.(2) The ventilation quantity of the tower with cooled water collectors is larger than that of conventional tower in the same situation.(3) The cooling efficiency of the tower with cooled water collectors is superior to the conventional tower.%高位集水冷却塔具有高效、节能、低噪等优势,在火、核电厂中具有较好的应用业绩.本文采用CFD数值模拟的手段,对某超大型高位集水冷却塔的热力特性以及空气动力特性进行了数值模拟研究.计算结果表明:集水装置的增加对冷却塔形成阻力,但其增加程度要明显小于雨区阻力的减小量;在相同条件下,与常规塔相比,高位集水冷却塔的通风量较大;高位集水冷却塔的冷却性能优于常规塔.【期刊名称】《中国水利水电科学研究院学报》【年(卷),期】2017(015)006【总页数】6页(P449-454)【关键词】集水装置;离散相模型;传热传质模型;阻力系数【作者】高德申;郭富民;宋小军【作者单位】山东电力工程咨询院有限公司,山东济南250013;山东电力工程咨询院有限公司,山东济南250013;中国水利水电科学研究院,北京 100038【正文语种】中文【中图分类】TQ051.51 研究背景高位集水冷却塔出现于20世纪80年代法国1300MW核电机组，因其具有高效、节能、低噪等明显优势，经过多方面比较是一种新型节能冷却塔［1-2］。

机械通风冷却塔回流率数值模拟计算及分析摘要：0 前言在很多工程中，循环冷却水量较大，冷却塔数量较多，冷却塔不得不成组布置，这将引起湿空气回流，冷却塔的出水温度升高[1]。

如果在冷却塔的设计计算过程中没有考虑回流对冷却塔冷却性能产生的影响，往往造成设计工况偏离实际工况较大。

对于大型冷却塔塔群的影响，尤为明显。

故大型冷却塔塔群的回流与干扰影响的修正，宜通过流场数字模拟实验确定[2]。

1 工程概况工程厂址所在区域属干湿季明显的热带气候区。

干季始于5或6月，持续约6个月到10或11月结束，其余为湿季。

厂址处多年平均降水量为2556mm，多年平均降水日数为202天。

多年平均气温为26.7℃，最冷月为12月和1月，5月到9月为最热月。

10%气象条件：根据气象站最近5年最热三个月逐日数据统计10%气象条件：湿球温度26.4℃，相应干球温度28.3℃，气压1008.9hPa，风速1.0m/s，相对湿度88%。

设计风速：根据气象站提供的风速资料，经综合分析：五十年一遇10m高设计风速按23m/s，相应风压0.35kN/m2；百年一遇10m高设计风速按25m/s，相应风压0.4kN/m2。

2 数学模型的建立本工程年主导风向为西北风，因此以西北风为例计算分析塔排布置热风回流及干扰的影响。

4组机力通风塔布置位置如图2-1所示，由图可知：1组机力塔由4个单元组成，其中第二个单元和第三个单元之间存在0.6m的结构缝隙。

同排相邻两组冷却塔间距Ld设计为4m。

平行布置相邻塔排间距B=60m。

针对图2-1所示机力通风塔塔排建立三维几何模型如图2-2所示。

所建几何模型充分考虑了塔排布置所存在的结构间隙等。

针对所建机力通风冷却塔几何模型的计算域进行网格划分，经网格无关性分析，确定网格总数为175万的网格系统可给出网格无关解。

所采用的湿式冷却塔传热传质模型，已经数十座冷却塔数据验证。

图2-1 全厂平面布置图图2-2 机力通风塔塔排几何模型3 计算结果及分析3.1现有布置方式热风回流及干扰影响（回流率）以年均设计工况为例，计算分析本工程现有布置方式热风回流及干扰的影响。

冷却塔冷却能力建模与分析作者：王钊严少刚来源：《工业技术创新》2019年第04期摘; ;要：冷却水系统中对冷却塔采用的速率模型和平衡级模型，是对冷却塔冷却的传热和传质能力进行分析的基础。

通过对某石油化工企业冷却塔的速率模型进行分析发现：在冷却塔底部7 m到0 m区间，空气温度均低于冷却水温度，传热温差从2.2℃逐步降低至0.4℃，空气分压均低于冷却水饱和蒸气压，传质推动力在0.624～0.927 kPa范围内先降低后增大，表明提高传热温差和传质推动力均有利于降低冷却水温度。

通过平衡级模型分析发现：当风量在242 726～600 000 Nm3/h范围内时，冷却效率随着风量的提高而显著上升;当湿球温度在8～30℃范围内、干球温度在20～40℃范围内时，温度越高，冷却效率越低;当传质效率在0.3～1范围内时，传质效率越高，冷却效率越高;当进水温度在35～40℃范围内时，温度越高，冷却优势越明显。

建模和分析过程阐明了冷却塔内传热传质机理及风量、干球温度、湿球温度对冷却塔冷却能力的影响，对冷却塔节能优化工作有借鉴作用。

关键词：冷却塔;速率模型;平衡级模型;传热传质;石油化工中图分类号：TQ025 ; 文献标识码：A; ; ; 文章编号：2095-8412 （2019） 04-079-07工业技术创新 URL： http： //; ; DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2019.04.015引言冷却水系统作为石油化工企业的重要公用配套系统，其运行效果对石油化工装备能否可靠、稳定运行具有重要影响。

冷却塔是冷却水系统的重要组成部分，其功能主要是降低冷却水溫度、恢复冷却水系统制冷能力，为生产工艺的平稳运行提供保障。

在冷却塔传热传质机理方面，相关研究者提出了获得传热传质系数的方法。

Merkel[1]提出了冷却塔内传热传质机理，为后续的研究奠定了理论基础。

Parker和Treybal[2]提出了首套逆流冷却塔的设计方法，利用Lewis因子推导出空气与水膜界面处传热系数与传质系数的关系式，并在模拟计算时提出如下三点假设：1）Lewis因子为1;2）饱和湿空气的焓值与空气—水膜界面处的水膜温度呈线性关系;3）忽略喷淋水蒸发量。

密闭式逆流冷却塔的数值模拟的开题报告一、选题背景密闭式逆流冷却塔是一种用于能源行业的高效率冷却设备。

其原理是通过在塔内制造气流，使热水在逆流过程中，与气流接触，迅速散热。

在实际应用中，由于塔内的气流和水流的复杂流动，设计和优化冷却塔的过程变得非常困难。

数值模拟是一种有效的工具，可以帮助我们理解冷却塔的流动行为，并预测其性能。

因此，本文将利用数值模拟的方法，研究密闭式逆流冷却塔的流动特性，并提出相应的优化建议。

二、研究目的1. 通过数值模拟，研究不同参数对冷却塔性能的影响，如进口水温、气体流速等。

2. 分析冷却塔中水和气的复杂流动过程，理解逆流冷却塔的工作原理。

3. 建立冷却塔的数值模型，并优化冷却塔的设计，提高其散热效率和节能性能。

三、研究内容和方法1. 建立密闭式逆流冷却塔的数值模型：根据冷却塔的实际结构和流动特性，采用COMSOL Multiphysics软件建立三维数值模型，考虑水的流动和空气的流动，并给出相应的边界条件。

2. 研究密闭式逆流冷却塔的流动特性：利用数值模拟的方法，分析水和气在冷却塔内的流动特性，研究逆流冷却塔的工作原理。

3. 优化冷却塔设计：基于数值模拟的结果，提出逆流冷却塔的优化建议，如改变冷却塔的结构和参数，减少能量消耗等，提高冷却塔的散热效率和节能性能。

四、预期成果1. 通过数值模拟，建立密闭式逆流冷却塔的三维数值模型并研究其各种参数的影响。

2. 研究逆流冷却塔的流动特性，理解其工作原理。

3. 针对数值模拟结果，提出优化建议，改善冷却塔的散热效率和节能性能。

4. 发表相关论文。

五、可行性分析密闭式逆流冷却塔的研究是目前能源工业中的热点问题之一，利用数值模拟的方法对其进行研究可以为相关领域的工作者提供理论和实践方面的指导。

本文利用COMSOL Multiphysics软件建立数值模型，该软件具有较高的精度和可靠性，因此具有很高的可行性。

六、研究时间安排阶段时间安排初步调研 1个月建立数值模型 2个月数值模拟分析 3个月优化设计与仿真 2个月论文写作与修改 2个月七、参考文献[1] 谢松, 彭富民, 段波. 密闭冷却塔实现冷却水回收系统的研究 [J]. 热力发电, 2016, 45(4): 149-153.[2] 袁俊, 陈强, 曲亚国. 烟气余热利用中的密闭式逆流冷却技术 [J]. 华电技术, 2010, 34(5): 63-66.[3] 吴丽萍, 陈英明. 密闭式逆流冷却塔特性研究 [J]. 中国电机工程学报, 2005, 25(3): 40-44.。

流体流动与传热的数值模拟研究在工程领域中，流体流动和传热是两个重要的研究方向。

传统的实验方法需要耗费大量的时间和资源，而且往往无法获取全面的数据。

因此，数值模拟成为了研究流体流动和传热的重要手段之一。

数值模拟是通过计算机模拟流体流动和传热过程，利用数学方法和计算方法求解流体动力学和传热学的基本方程。

它可以提供详细的流场和温度场的分布情况，从而为工程设计和优化提供依据。

在进行数值模拟研究时，首先需要建立数学模型。

流体流动和传热的数学模型一般基于质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，通过对流体的运动和传热机制进行描述。

常见的数学模型包括Navier-Stokes方程和能量方程等。

建立数学模型后，需要选择适当的数值方法进行求解。

常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。

这些方法能够将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程，并通过迭代求解得到数值解。

在进行数值模拟时，还需要确定边界条件和初始条件。

边界条件是指流体流动和传热过程中与外界相互作用的边界情况，如壁面温度和速度等。

初始条件则是指流体流动和传热过程开始时的初始状态。

数值模拟研究的结果可以通过可视化的方式展示出来，如流线图、温度云图等。

这些图像能够直观地展示出流体流动和传热的特性，有助于研究人员深入理解流体流动和传热的规律。

数值模拟在流体流动和传热研究中有着广泛的应用。

例如，在航空航天领域中，数值模拟可以用于研究飞机的气动性能和热传导特性，从而提高飞行效率和安全性。

在能源领域中，数值模拟可以用于优化燃烧过程，提高能源利用效率。

在环境保护领域中，数值模拟可以用于模拟大气污染物的扩散和传输过程，为环境管理提供科学依据。

然而，数值模拟也存在一些局限性。

首先，数值模拟需要依赖计算机的计算能力，对计算机的要求较高。

其次，数值模拟的结果受到模型假设和参数选择的影响，需要进行合理的验证和验证。

最后，数值模拟只能模拟流体流动和传热的宏观行为，对微观尺度的细节无法提供准确的描述。