冷却塔的有限元结构分析

冷却塔的内部构造一、引言冷却塔是工业生产过程中常见的设备，用于降低水或气体的温度。

冷却塔的内部构造直接影响其冷却效果和工作效率。

本文将从冷却塔的内部构造入手，详细介绍其主要组成部分和工作原理。

二、主要组成部分1. 塔体冷却塔的塔体是一个中空的结构，通常采用圆形或方形截面。

塔体的外部由金属材料制成，具有良好的耐腐蚀性能。

内部则涂有防腐蚀涂层，以增加塔体的使用寿命。

2. 塔填料塔填料是冷却塔内部的关键部分，其主要作用是增加水和气体的接触面积，以便提高传热效率。

常见的填料材料有PVC、PP、FRP等。

填料的形状多样，可以是片状、球状或网状，以满足不同的冷却需求。

3. 风机冷却塔内部的风机负责将空气引入塔体，并通过填料与冷却介质进行传热。

风机通常安装在塔体的顶部或侧面，其功率大小与冷却塔的规模和工作要求相关。

4. 喷淋系统喷淋系统是冷却塔的另一个重要组成部分，主要用于将冷却介质均匀地喷洒在填料上，以增加冷却效果。

喷淋系统通常包括喷头、喷水管道和水泵等。

5. 收集器收集器位于冷却塔的底部，用于收集已经冷却的水并将其排出。

收集器通常设有水泵，以便将冷却水送回生产过程中再次使用。

三、工作原理冷却塔的工作原理基于水和空气之间的传热过程。

首先，冷却塔内的风机将空气引入塔体，使其与填料接触。

同时，喷淋系统将冷却介质均匀地喷洒在填料上。

当空气经过填料时，与冷却介质之间发生传热，水的温度被降低，而空气的温度则升高。

最后，冷却后的水被收集器收集并排出，而升温后的空气则被风机排出冷却塔。

四、冷却塔的分类根据冷却介质的不同，冷却塔可以分为水冷却塔和空冷却塔两类。

1. 水冷却塔水冷却塔主要用于工业生产中对水进行冷却的场合。

它通过将水与空气之间的传热，使水的温度降低，以满足生产过程对冷却水的要求。

水冷却塔通常采用填料和喷淋系统的组合，以提高传热效率。

2. 空冷却塔空冷却塔主要用于对气体进行冷却的场合。

它通过将热气体与空气之间的传热，使气体的温度降低。

ＩＳＳＮ　１００９－８９８４ＣＮ　２２－１３２３／Ｎ长春工程学院学报（自然科学版）２０１８年第１９卷第２期Ｊ．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄｉ．），２０１８，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．２　１２／３２４３－４６ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－８９８４．２０１８．０２．０１２基于Ｍｉｄａｓ的双曲线型冷却塔有限元对比分析收稿日期：２０１８－０３－２９作者简介：何文安（１９７９－），男（汉），吉林九台，高级工程师主要研究发电厂结构设计。

何文安１，刘　娜２（１．中国电建集团吉林省电力勘测设计院有限公司，长春１３００２２；２．长春工程学院，长春１３００１２）摘　要：结合工程实例，采用Ｍｉｄａｓ有限元软件对双曲线型冷却塔进行有限元建模及结构分析，并与冷却塔专业电算程序ＬＢＳ的计算结果进行对比。

结果表明：两种计算方式的计算结果趋势一致，在壳体中间部位结果比较接近，但在上下环梁附近内力差异很大。

自重工况下，Ｍｉｄａｓ的计算结果整体比ＬＢＳ结果偏小，在上下环梁附近偏差明显；风载工况下，Ｍｉｄａｓ薄膜力结果计算值整体偏小，弯矩、扭矩和剪力结果计算值整体偏大，且所有内力值在边界处差别很大；温度荷载工况下，Ｍｉｄａｓ的计算结果与ＬＢＳ结果相比基本一致，只是在上下环梁附近有稍许差异。

关键词：双曲线型冷却塔；Ｍｉｄａｓ；位移；应力；内力中图分类号：ＴＭ６２１∶ＴＵ３３文献标志码：Ａ 文章编号：１００９－８９８４（２０１８）０２－００４３－０４０　引言双曲线型冷却塔是火力发电厂二次循环冷却系统的重要构筑物，主要由基础、斜支柱和塔筒三部分组成。

国内对冷却塔的结构分析计算，在２０世纪７０年代以前，主要基于旋转壳无矩理论采用手工计算；７０年代以后，冷却塔研究者相继编制了一系列冷却塔计算程序，成为国内电力设计院进行冷却塔结构设计的重要工具，但程序交互能力差，且较少采用其他程序进行对比计算。

由于目前设计的冷却塔不断向超高超大型发展，使用单一电算程序显得不够可靠，而随着有限元通用软件日益发展成熟，ＣＡＥ仿真分析已成为研究冷却塔结构位移、应力和内力分布规律的重要方法［１－４］。

冷却塔强度与施工期稳定性分析的APDL程序摘要：本文分析了冷却塔的强度与施工期稳定性，采用了APDL程序进行模拟和分析，并对结果进行了解读和应用。

首先介绍了冷却塔的结构特点和施工要点，接着详细讲解了APDL程序的基本原理和使用方法，然后通过模拟分析得出了冷却塔的应力分布、位移变化和结构强度等参数，最后给出了相关建议和改进措施。

本文的研究有利于提高冷却塔的安全性、稳定性和使用寿命，也对类似工程的设计、建造和运行具有一定的指导意义。

关键词：冷却塔，强度分析，施工期稳定性，APDL程序，模拟分析1. 引言冷却塔是工业生产和能源供应中常用的重要设备，其主要作用是对流体进行冷却和降温。

随着工业化和城市化的发展，冷却塔的需求量也不断增加，同时其技术要求和安全标准也日益提高。

因此，在冷却塔的设计、建造和运行过程中，必须要充分考虑其强度和稳定性等因素，以确保其安全可靠运行。

在此背景下，本文采用APDL（ANSYS Parametric Design Language）程序对冷却塔的强度和施工期稳定性进行分析，以期为类似工程的研究和开发提供一定的参考和借鉴。

2. 冷却塔的结构特点和施工要点冷却塔的结构通常由填料层、风道和框架等组成，其中填料层是其核心部分。

填料层有许多松散的物质，空气通过塔中的填料与水的接触面积增大，增强了流体的传热效果。

风道负责把空气引导进入填料层。

框架是塔体支承结构的主体部分，它必须具有足够的强度和稳定性，以支撑塔体的重量和外部荷载。

在冷却塔的施工过程中，也需要注意一些要点。

首先是要保证塔体的准确度和对称性，以保证其稳定性。

其次是要注意填料的安装和规范，避免出现填料折叠和变形的现象。

还需重视框架的施工质量和连接点的稳定性，避免出现松动和裂缝等问题。

3. APDL程序的基本原理和使用方法APDL程序是一种通用的工程模拟软件，可以模拟各种结构和材料的强度和变形等情况。

其基本原理是利用有限元分析方法，把结构划分为互不重合的小单元，通过求解各单元的位移、应力和应变等参数，推导出整个结构的强度和稳定性等指标。

论析冷却塔结构及特点冷却塔（The cooling tower）是用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置;其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置，以保证系统的正常运行，装置一般为桶状，故名为冷却塔。

冷却塔是集空气动力学、热力学、流体学、化学、生物化学、材料学、静、动态结构力学，加工技术等多种学科为一体的综合产物。

水质为多变量的函数，冷却更是多因素，多变量与多效应综合的过程。

本文对横流式冷却塔结构进行了介绍，通过分析冷却塔的特点，从而达到优化设计的目的。

标签：冷却塔;结构;设计横流式冷却塔是一种可将水冷却的装置。

采用两侧进风，靠顶部的风机，使空气经由塔两侧的填料，与热水进行介质交换，湿热空气再排向塔外。

水流从塔上部垂直落下，空气水平流动通过淋水填料，气流与水流正交的冷却塔。

1.冷却塔的种类1）开式冷却塔的冷却原理就是，通过将循环水以喷雾方式，喷淋到玻璃纤维的填料上，通过水与空气的接触，达到换热，再有风机带动塔内气流循环，将与水换热后的热气流带出，从而达到冷却。

此种冷却方式，首期的投入比较的少，但是运营成本较高（水耗、电耗）。

2）闭式冷却塔的冷却原理是，简单来说是两个循环：一个内循环、一个外循环。

没有填料，主核心部分为紫铜管表冷器。

①内循环：与对象设备对接，构成一个封闭式的循环系统（循环介质为软水）。

为对象设备进行冷却，将对象设备中的热量带出到冷却机组。

②外循环：在冷却塔中，为冷却塔本身进行降温。

不与内循环水相接触，只是通过冷却塔内的紫铜管表冷器进行换热散热。

在此种冷却方式下，通过自动控制，根据水温设置电机的运行。

两个循环，在春夏两季环境温度高的情况下，需要两个循环同时运行。

秋冬两季环境温度不高，大部分情况下只需一个内循环。

闭式冷却塔，或称密闭式冷却塔，也称封闭式冷却塔，简称闭塔。

冷却塔强度与施工期稳定性分析的APDL程序冷却塔是重要的工业设备，用于散热和冷却过程中的热交换。

在冷却塔的设计和施工过程中，强度和稳定性是两个至关重要的因素。

本文将介绍一种基于ANSYS Parametric Design Language (APDL)的程序，用于分析冷却塔的强度和施工期稳定性。

首先，我们需要建立冷却塔的有限元模型。

可以使用APDL 编写命令，定义冷却塔的几何形状、材料属性和边界条件。

通过将冷却塔划分为小的单元，我们可以更精确地模拟其力学行为。

接下来，我们可以添加适当的约束和加载来模拟实际工况，例如塔体自重和风荷载。

在模型建立完成后，我们可以进行强度分析。

使用APDL的力学分析命令，我们可以计算冷却塔在不同加载情况下的应力和变形。

通过比较计算结果与材料的强度极限，我们可以评估冷却塔的强度是否满足设计要求。

如果发现强度不足的情况，可以通过增加材料厚度或者改变结构形式等方式来加强冷却塔的强度。

除了强度分析，稳定性也是冷却塔设计中需要考虑的因素之一。

在施工期间，冷却塔可能会受到不同方向的力的作用，例如风荷载和施工过程中的振动。

使用APDL的稳定性分析命令，我们可以计算冷却塔在不同加载情况下的临界荷载和临界形态。

通过评估临界荷载与实际加载情况的关系，我们可以确定冷却塔在施工期间的稳定性。

在进行强度和稳定性分析时，我们可以通过修改APDL程序中的参数来模拟不同的设计方案。

例如，可以改变材料属性、几何形状或者加载条件等。

通过比较不同设计方案的结果，我们可以选择最优的设计方案，以提高冷却塔的强度和稳定性。

总之，基于APDL的程序可以帮助工程师对冷却塔的强度和施工期稳定性进行分析。

通过建立有限元模型，进行强度和稳定性分析，我们可以评估冷却塔的性能，并优化其设计方案。

这将有助于确保冷却塔在实际运行中的安全性和可靠性。