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      冷卻塔濕空氣熱力學參數(總)

      發布日期:2017-01-20   點擊數: 2313

      冷卻塔濕空氣壓力

      這里指的壓力是指通常情況下的空氣壓力,即大氣壓力P a。

      對于冷卻塔的冷卻水來說,進塔空氣和出塔空氣都是濕空氣,不同的是進塔空氣中的水蒸氣含量很小,出塔空氣因在塔內接納了較多的水蒸氣,故快要接近于飽和狀態。進塔空氣中水蒸氣含量越少,說明可接納的水蒸氣越多,水中跑到空氣中去的熱量也越多,冷卻效果越好,即Δt =t1 -t2 較大。北方地區空氣中水蒸氣含量少,故按南方氣象參數設計的冷卻塔,到北方使用效果都很好。反之,北方塔到南方使用效果就差。

      1. 濕空氣的總壓力

      按照道爾頓的氣體壓力定律,在一定容積內混合氣體的總壓力等于其中各氣體單獨占據這個容積時的分壓力之和。則設干空氣的分壓力為Pg ,水蒸氣的分壓力為Pq,得濕空氣的總壓力為:

      根據氣體方程式,氣體的壓力(P)、溫度(T)和容積(V)之間的關系為:

      式中 P——氣體壓力(即大氣壓)(Pa、MPa、 kg/cm2);

      V——混合氣體體積(m3); G′——混合氣體重量(kg/m3);

      T——氣體的絕對溫度(K)(T =273 ℃開爾文);

      R——氣體常數[( kg·m)/(kg·℃)或J/(kg·K)]。注:1kgm =918J

      由于干空氣和水蒸氣的容量不同,因此它們的氣體常數也不同,根據實驗,溫度為0 ℃,壓力為1 個大氣壓的標準情況下,1m3水蒸氣重為G′q =0.805kg ;1m3干空氣重為G′g =1.293kg ,它們的氣體常數可用公式計算出來。其水蒸氣常數為:

      2. 飽和水蒸氣的分壓力

      空氣在一定溫度下吸濕能力(即吸收水蒸氣能力)達到了最大值時,這時空氣中的水蒸氣處于飽和狀態,則稱為飽和空氣。在飽和狀態下的水蒸氣分壓力稱為飽和蒸氣分壓力,用P″q表示。

      濕空氣中所含的水蒸氣數量,不會超過在該溫度下達到飽和狀態時的水蒸氣含量,最多是等于該溫度下飽和時的水蒸氣含量。所以空氣中水蒸氣的分壓力P q 也不會超過該溫度下達到飽和時的水蒸氣分壓力P″q,最多等于P″q,故Pq <P″q,Pq的變化范圍在0~P″q之間。

      當空氣的溫度(即干球溫度)θ=0 ℃~100 ℃之間變化時,在通常的大氣壓力范圍,飽和蒸氣的分壓力可按下式計算:

      從式(5-10)分析可見:

      (1)飽和蒸氣壓力P″q只與空氣溫度θ(或者說τ)有關,而與大氣壓力Pa大小無關,空氣溫度θ(或τ)越高,水的蒸發越多;

      (2)式(5-10 )中,3.142305(103/T -103/373.16 )中的T 越大,則該項數值越小,那么前項(即0.0141966 )減去該項的數所得的相對較大,所以說明該項的T 與P″q 成正比;式中8.2lg(373.16/T)項中的T 越大,那么該值越小,則第一項加該項值相對也小,說明該項的T 與P″q 成反比,這是不利的,但該項數值是成對數關系增、減的,故相對來說變化就小了;式中0.0024804(373.16 -T)項中的T值越大,那么該項數值越小,那么P″q 就越大,說明該項的T 與P″q成正比,綜合上述,有2項T 與P″q 成正比,1 項成反比,而是對數關系成反比,故總的來說,T 與P″q 還是成正比的。

      (3)這里講的是在一定(某一)溫度下達到飽和時的飽和蒸氣分壓力,如果溫度升高,那么原來已經達到飽和的空氣就不飽和了,又能容納水蒸氣了;反過來,如果原來不飽和的空氣,當溫度降低到某一值時,則不飽和的空氣就成為飽和了,因此可得:P ″q =f (T )。即P ″q 是T 的函數。(注:得lgP ″q 后再查反對數得P ″q 值,也可查有關圖)。


      冷卻塔濕空氣熱力學之濕度

      1. 絕對濕度

      1m3 濕空氣中所含有的水蒸氣的重量稱為空氣的絕對濕度,所以絕對濕度就是水蒸氣的表觀密度γq ,其值為:

      按式(5-6)得:

      式(5-11)是濕空氣溫度為T 時,未達到飽和的情況下得到的絕對濕度值(未飽和時的水蒸氣分壓力為Pq );那么濕空氣溫度為T 時,達到飽和情況下絕對濕度γ″q 值為:

      2. 相對濕度

      在一定的溫度下,濕空氣中,沒有達到飽和時的水蒸氣分壓力P q 與達到飽和時的水蒸氣分壓力P ″q 之比稱為相對濕度,用公式表示為:

      3. 含濕量(X)

      濕空氣中,每1kg干空氣所含有的水蒸氣重量為Xkg,稱為濕空氣的含濕量,也稱 比濕。

      具體地講:1kg干空氣和X kg 的水蒸氣組成為濕空氣,就是說,濕空氣的重量是1kg干空氣+X kg 水蒸氣所組成,X kg 就是含濕量,就是一定要明確含濕量是指濕空氣中每1kg 干空氣所含有的濕氣重量。

      濕空氣的含濕量定義為:

      用式(5-11)和(5-12)代入式(5-21)中得:

      式(5-22 )是空氣中水蒸氣沒有達到飽和時情況,因為P =Pg +P q ,所以P g =P - P q ,代入式(5-22 )得:


      式中 X″——濕空氣達到飽和時的含濕量。

      從上述討論中,可得出以下三點結論:

      (1)在一定的溫度下,如果空氣中的含濕量X 等于X″時,說明濕空氣已經達到飽和狀態,它不能再吸收水蒸氣了,用這種空氣進入冷卻塔去冷卻水,其冷卻效果= 0。

      (2)如果含濕量X < X″,說明這時的濕空氣仍能吸收水蒸氣,其每公斤干空氣能夠吸收(即允許增加)的水蒸氣數量為(X″-X),用這種空氣進入冷卻塔去冷卻水是有效果的,即能使水的溫度得到下降。

      3)(X″-X )的值越大,說明空氣越干燥,能吸收水蒸氣的數量越大,用這種空氣進入冷卻塔去冷卻水,水溫降低就越大,效果好;(X″-X )值越小,說明空氣能吸收的水蒸氣數量越小,空氣潮濕,用這種空氣進入冷卻塔去冷卻水效果就差。 如果已經知道空氣未達到飽和時的含濕量X 和達到飽和時的含濕量X″,則根據式(5-23)和式(5-24)可分別求得未達到飽和時的分壓力P q 和達到飽和時分壓力P ″q。


      冷卻塔濕空氣的表觀密度

      濕空氣的表觀密度γ等于每m3空氣中所含的干空氣重量(表觀密度)與水蒸氣表觀密度之和,即:

      用式(5-11)、(5-12)代入式(5-27)得:

      從式(5-29)可見:

      1. 濕空氣的表觀密度γ隨大氣壓P 的增大而增加,隨大氣壓P 的降低而減;

      2. 濕空氣的表觀密度γ隨溫度T (或θ)的升高而減小,隨溫度T (或θ)的降低而增大。

      γ一般按式(5-29 )進行計算,但在設計和冷卻塔熱工性能測試過程中,常用查圖而得,就是說已按干球溫度θ和相對濕度,按式(5-29 )計算后繪成“濕空氣表觀密度計算圖”見圖5-2所示。

      冷卻塔濕空氣的比熱(Csh)


      濕空氣比熱的定義為:含有1kg 干空氣的濕空氣,溫度升高1 ℃所需要的熱量(或降低1 ℃放出的熱量),叫做濕空氣的比熱,用Csh 表示,其值為: Csh =0.25kcal/kg ℃

      這里,把有關的比熱歸納如下:

      水的比熱:C =1kcal/kg ℃;

      干空氣比熱:C g =0.24kcal/kg ℃;

      水蒸氣比熱:C q =0.47kcal/kg ℃。

      這些比熱均以1kg 每升高或降低1 ℃,其增加或減少的熱量,F設有1kg 干空氣的濕空氣中,有水蒸氣X kg ,那么溫度升高1 ℃時應該是:濕空氣增加的熱量=干空氣增加的熱量+水蒸氣增加的熱量,用式子表示為:

      那么得濕空氣的比熱Csh為:

      在一般的通常情況下,含有1kg 干空氣的濕空氣中,水蒸氣含量非常小,僅為X 的2.13 %=0.0213 ,所以分母中的(X +1 )=1.0213 ≈ 1 ,那么式(5-31)成為:

      Cg =0124 ,Cq =0147 代入得: Csh =0.24 +0.47X =0.24 +0.47 ×0.0213 =0.24 +0.01 =0.25kcal/kg ℃ 這就是Csh =0.25kcal/kg ℃的來歷。

      濕空氣的焓

      焓的概念


      什么叫焓?表示和象征含熱量大小的數值叫焓,用i 表示。

      什么叫濕空氣的焓?含有1kg 干空氣的濕空氣中所含熱能的總量,稱為濕空氣的焓值,即為:i =1kg 干空氣所含的熱量+含濕量為X kg 水蒸氣所含的熱量。用ig表示干空氣焓(kcal/kg );用iq 表示水蒸氣焓(kcal/kg ),則濕空氣焓為:

      (注:這里熱=能量,只能相對計算)

      國際水蒸氣會議規定:在水蒸氣熱量計算中,以水溫為0 ℃的水,其熱量為零作為熱量計算的基點。干空氣的比熱C g =0.24kcal/kg ℃(或1kJ/kg ℃,以2.34 ×10-3kcal 為9.8067焦爾換算而來,這里以kcal 表示,不用kJ 表示,特說明),溫度為θ時1kg 干空氣的焓為:

      水蒸氣的焓

      水蒸氣的焓是由以下兩部分組成的:

      1. 1kg0℃ 的水變為0 ℃ 的水蒸氣時, 所要吸收的熱量,即汽化熱(γ0 ),γ0 =597.3kcal/kg 。

      2. 1kg 水蒸氣由0 ℃升高θ℃時所需要的熱量,其值為水蒸氣的比熱C q ×θ,C q =0.47 ,則為0.47θ,F為X kg 水蒸氣,則其焓為:

      用式(5-34 )、(5-35 )代入式(5-33 )得:

      式中 Csh ——濕空氣的比熱(0.25kcal/kg ℃),Csh、θ與溫度有關,稱為濕空氣顯熱;

      γ0——汽化熱(597.3kcal/kg ),γ0、X 與溫度無關,稱為濕空氣潛熱;

      X——含濕量,其值按式(5-24)計算。

      用式(5-24 )代入式(5-36)得:

      令:C =0.622 (597.3 +0.47θ),代入式(5-37)得:

      濕空氣空氣含熱量計算圖



      干濕球溫度及水冷卻的理論極限

      干、濕球溫度(θ和τ)是冷卻塔設計的主要氣象參數,它們是反映空氣溫度的物理參數。

      冷卻塔濕球溫度計的原理及相對濕度

      1. 濕球溫度計原理 θ和τ 的干、濕度溫度計見圖5-4 。干球溫度θ是用一般溫度計測得的(圖5-4 中的左邊一支)。而測濕球溫度的溫度計(圖5-4 中的右邊一支),它的水銀球上包一層濕紗布(紗布的下端浸入在充水的容器之中),使空氣與水不直接接觸,測得的溫度稱為濕球溫度,用τ表示,該溫度實際上是在當地當時的氣溫條件下,水冷卻所能達到的最低溫度。

      濕球溫度計上的紗布在毛細管作用下,紗布表面吸收了一層水,在空氣不飽和的情況下,這層表面的水不斷蒸發,蒸發所需要的熱量由水中取得,因而水溫逐漸降低。這里存在著兩種散熱:一種是空氣向水進行傳導散熱;另一種是水向空氣進行蒸發散熱,現分析在tf > θ 時的水向空氣傳熱。

      空氣向水的傳導散熱:設剛開始時,紗布上表面這層水的溫度為t f ,空氣溫度為θ,開始時因tf > θ ,水向空氣傳熱,當tf下降后,在tf=θ 時,Hα =0 ,當tf再下降,到θ>tf 時存在著θ-tf 的溫度差,這個溫度差是空氣向水傳導散熱的推動力,這樣,空氣向紗布與空氣的交界面傳遞熱量,再通過紗布把空氣的熱量傳給水。設水銀球上蓋的濕紗布面積為F ,傳熱系數為α,則空氣向濕紗布交界面傳遞的熱量為:α(θ-tf)F ,此值隨tf 的下降而增加。同時紗布交界面的水也在不斷地向空氣傳遞熱量,進行蒸發散熱,使水溫T不斷下降,當紗布層水溫T 降低到τ時(tf =τ< θ),水層的溫度不再下降了,這時:水的蒸發散熱=空氣傳遞給水的熱量,處于動態平衡狀態。這時候紗布水層上的溫度τ 稱為濕球溫度,這時空氣向水層傳遞的熱量達到最大值,即為α(θ-τ)F 。

      那么這時候水層向空氣蒸發散熱量是多少呢?當紗布水層溫度達到τ時(tf =τ< θ),水層交界面達到飽和蒸氣,其飽和蒸氣分壓力為P ″τ ,而空氣溫度為θ時的蒸氣分壓力為Pθ ,P″τ > Pθ ,它們的蒸氣分壓力差為(P ″τ -Pθ ),這個分壓力差就是紗布水層繼續向空氣蒸發散熱的推動力。就是說這時存在著空氣向水進行傳導散熱的推動力是(θ-τ)的溫度差;水向空氣進行蒸發散熱的推動力是(P ″τ -Pθ )分壓力差。

      空氣向水進行傳導散熱量為α(θ-τ)F ,而這時的蒸發散熱量是多少?設水的汽化熱為γ(kcal/kg ),γ=γ0 +0.47 ,汽化熱γ0 =597.3kcal/kg 。設βp 為壓差蒸發散熱系數,代表單位蒸氣壓力下,單位面積上水汽蒸發量(kg/(m2·h·atm ))。那么水層溫度降到τ時,紗布水層的蒸發散熱量為:γβp (P ″τ -Pθ )F ,因為這時空氣向水的傳導散熱=水層向空氣的蒸發散熱,處于動態平衡狀態,則得:

      則可得空氣中水蒸氣的分壓力Pθ 為:

      通過實驗得α/γβp =0.000662P ,代入式(5-41)得:

      這就是前面論述的式(5-20)的由來。

      2. 精確測定濕球溫度τ要注意的問題

      (1)必須保證水銀球完全被濕紗布覆蓋:

      (2)空氣的速度(風速)必須要足夠大,一般要求風速在3~5m/s 以上,這樣周圍環境傳來的輻射熱的影響可忽略不計,只存在空氣傳遞來的熱量對濕球溫度τ的影響。

      (3)補充水的水溫應與濕球溫度τ相等。

      滿足上述三條后,空氣流速(風速)可以在較大范圍內變化(即不一定要在3~5m/s之內),從而不影響濕球溫度的測定值。

      在現場實際測定時,把阿斯曼通風干、濕球溫度計放在搭好的棚內(即要求通風而又不在太陽下),溫度計應放在距地面210m 處,又要距冷卻塔有一定的距離,防止冷卻塔出來的濕空氣凝結水滴的影響,但也不要太遠。測定讀數間隔時間為10~20min 一次。測點布置的數目,中小型冷卻塔可布置2 個以上測點:大型冷卻塔要求布置4 個以上測點,然后取各測點相加后的算術平均值。但一般玻璃鋼冷卻塔的測試往往都只布置一個測點。

      3. 濕球溫度對水蒸發散熱冷卻的意義。

      濕球溫度τ對水蒸發冷卻的意義主要有以下兩條:

      (1)濕球溫度τ代表當地當時的氣溫條件下,水可能被冷卻的最低溫度,即冷卻塔出水溫度t2 的理論極限值(即在理論上冷卻塔的出水溫度t2 可達到τ的溫度)。當要求冷卻后的水溫t2 越接近濕球溫度時,冷卻越困難,要使t2 接近于τ,則冷卻塔的尺寸和體積會增加很多,就會大幅度地增加造價而很不經濟。一般冷卻塔的出水溫度t2 等于或大于τ3~5 ℃(即t2 -τ≥ 3~5 ℃),(t 2 -τ)稱為冷幅高,是衡量冷卻塔冷卻效果好與差的重要指標。上海地區設計的標準型(低溫塔)冷卻塔出水溫度t2 =32 ℃,設計采用的τ為28 ℃,則t2 -τ=4 ℃。

      (2)先簡述一下絕熱飽和溫度θB 的概念。當空氣溫度θ不變時,濕空氣焓i 和相對濕度均隨含濕量X 的增加而增加,隨X 的含量減少而減少。當含濕量X 增加到使濕空氣達到飽和時,則濕空氣就不再吸收水蒸氣了,就是說拒絕吸收水中蒸發出來的散熱量。這時空氣中的水蒸氣分壓力從Pθ上升到P ″θ , =1 ,X 和i 值都達到了最大值。這時的X 和θ 分別稱為“飽和含濕量”和“飽和濕度”,而此時濕空氣拒絕吸收水中蒸發的熱量,故這時的“飽和溫度”稱為“絕熱飽和溫度”,用θB表示。

      濕球溫度τ與濕空氣的絕熱飽和溫度θB在物理概念上是完全不同的,但濕球溫度的數值與空氣的絕熱飽和溫度的值是相等的,即τ=θB,這一性質使得水的最低冷卻溫度與空氣的絕熱飽和溫度相等。在空氣含熱量計算圖中(圖5-3 )與 =1 相交的溫度θB就等于濕球溫度τ,因此,冷卻過程的理論分析,可以根據濕空氣的焓濕圖來進行。

      冷卻塔濕空氣焓濕圖的應用

      濕空氣中的相對濕度 、含濕量X、含熱量i 和溫度t(θ)是4 項重要的熱力學參數,其計算工作量大而且繁瑣,除試驗或實測得到之外,為計算方便,把 、X、i、t4 項的相互關系繪制成圖5-5 ,利用圖5-5 ,可根據已知的兩項熱力學參數,就可直接查出另兩項,簡化了計算工作。

      如何應用圖5-5 ,以圖5-6 來加以說明,按圖5-6 所示,已知溫度t p 和相對濕度 =0.6,按t p 點垂直向上與 =0.6 曲線交于P 點,由P 點水平向右移動得含濕量X p ;由P點與i 線平行向左上角移動,得熱焓i p 。焓濕圖是冷卻塔熱力計算的基本圖表,從焓濕圖分析可以得出下列關系。

      1. 當溫度t 不變時,如圖5-6 中BtB 線所示,熱焓i 和相對濕度 均隨含濕量X 的增減而增減,當相對濕度 =1 的最大值時,則X 與i 在該溫度下也均達到最大值,這時X B及t B 分別稱為飽和含濕量和飽和溫度。

      2. X 為常數時,如圖5-6 中的BXB 線所示,i 隨著t 的增減而增減,而 隨著t 的降低而增加(即t 增加 減。,當t 降到 =1 的時候,空氣達到飽和,即達到露點。這時的t 為最小值。這就是前面講到的,在一定溫度下,原來沒有達到飽和的空氣(即P q沒有達到P ″q ),當溫度下降到某一值時達到了飽和,使 =1 ,Pq =P ″q ;反過來,在一定溫度下已達到飽和的空氣,當溫度升高后就不飽和了,可繼續接受水蒸氣。

      3. i 為常數時,如圖5-6 中的BC 線所示,這時濕空氣的散熱量與吸熱量相等,熱力學上稱為絕對條件。這就是前面討論的“濕球溫度(τ)的數值與空氣的絕熱飽和溫度值相等”,當空氣按絕熱過程降低溫度時(即沿BC 線移動),它與飽和線 =1 相交的溫度tB 就等于濕球溫度τ。從圖中BC 線可見: 隨X 的增加而增加,而t 隨X 的增加而降低,當X 增加到XB 時, =1 ,即X 與 均達到了最大值,而t 降低到了最低值tB ,即濕空氣處于飽和狀態,tB =τ, =1 ,X =XB 。

      4. 當相對濕度不變時,t、x、i都是同時增加或同時減小。

      設計氣象參數確定

      前面討論中,空氣的干球溫度θ和濕球溫度τ,是冷卻塔設計和熱水在冷卻塔中的冷卻,是非常重要的兩個氣象參數,直接關系到水的冷卻效果和冷卻塔的造價。前面講到的冷幅高t2 -τ=3 -5 ℃,是對低溫塔(也稱標準型塔,其冷卻溫差Δt =t1 -t2 =5 ℃)和中溫塔(Δt =t1 -t2 =10 ℃)的設計標準來說的,對于高溫型塔就不適用了。如上海地區(實為代表除山東省外的華東地區),設計采用的θ=31.5 ℃,τ=28 ℃,低溫塔進水溫度t1=37 ℃,出塔溫度t2 =32 ℃,t2 -τ=32 ℃-28 ℃=4 ℃;中溫塔設計進塔水溫t1 =43 ℃,出塔水溫t2 =33 ℃,t2 -τ=33 ℃-28 ℃=5 ℃,均符合3~5 ℃之間,但高溫塔就不符合了。高溫塔設計進塔溫度t1 =55 ℃,出塔水溫t2 =35 ℃,則t2 -τ=35 ℃-28 ℃=7 ℃>5 ℃。因此冷幅高為3~5 ℃主要是對標準型的低溫塔來說的。

      我國地域遼闊,東南西北中各地氣溫相差較大。按地區來劃分,各大區冷卻塔設計采用的氣象參數是不同的,因此南方設計的塔可適用于北方,冷卻效果好,但反之,北方設計的塔就不適用于南方了。在現代冷卻塔設計中,按夏季不利的氣象條件下,只考慮蒸發散熱量Hβ ,不考慮傳導散熱量Hα (即Hα =0 )進行的。那么設計冷卻塔的氣象參數是如何確定的呢?下面給予較詳細論述。

      確定氣象參數的基本原則

      冷卻塔設計計算所需要的氣象參數包括干、濕球溫度(θ與τ);相對濕度 ;大氣壓力(mmHg );風向、風速及冬季最低氣溫等。影響水冷卻效果的主要是θ與τ及 。

      冷卻塔設計的氣象參數是按夏季不利的氣象條件下設計計算的,但是如果采用夏季的最高溫度和濕度來進行設計也是不合理的。因為最高的溫度和濕度在一年中出現的次數并不很多,僅占很短的時間,如果按夏季最高溫度和濕度進行冷卻塔設計,那么必然會使設計的冷卻塔尺寸很大,使冷卻塔的造價和日常的電耗大大增加,這是不經濟的,得不償失的。反過來,如果設計采用的溫度和濕度太低,那么較多時間內冷卻塔的出塔水溫t2 達不到符合冷卻生產設備和產品所需要的溫度,會引起熱交換設備運轉條件的惡化,或使生產工藝過程遭到破壞,造成巨大的損失,或空調系統工作的破壞等。因此冷卻塔設計采用的干、濕球溫度的基本原則為:既不能采用夏季的最高干、濕球溫度,又要滿足生產工藝對冷卻設備和產品對水溫的要求,按一定的保證率來確定;虬5 %~10 %的頻率(P )來確定,兩種方法都有采用。

      空氣干、濕球溫度一般以近期連續不少于5 年的資料,每年最熱時間(3 個月)的頻率為5 %~10 %的晝夜平均干、濕球溫度作為設計依據。我國石油、化工、機械工業多采用5 %的頻率;冶金、電力和民用采用10 %的頻率;對于生產工藝要求很高的,計算頻率要采用1 %。

      冷卻塔氣象參數的計算統計與確定方法

      1. 氣象參數的計算統計 氣象參數一般均采用當地氣象部門記錄的數據為依據,把5 年以上實測記錄的日平均干、濕球溫度按表5-1所列項目進行統計(干球溫度與濕球溫度分開統計,表格內容相同),然后按表5-1 的θ、τ數據繪制干、濕球溫度頻率曲線。如圖5-7 所示。

      氣象參數取在設計頻率的濕球溫度和大氣壓力的日平均值。按圖5-7,取設計頻率為10 %, 則查得濕球溫度為24.9℃,干球溫度為29.6℃;取設計頻率為5 %,得τ=25.6 ℃,θ=30.5 ℃;取設計頻率為1 %時,得τ=26.9 ℃,θ=32 ℃。一般常采用5 %的設計頻率。

      2. 氣象參數的確定方法 目前設計冷卻塔選用的氣象參數分為三種情況進行計算。

      第一種情況:根據夏季平均每年超過最熱的20d 晝夜平均干、濕球溫度進行計算,要求氣象資料不少于5~10 年,其保證率為94.4 %。這種適用于設計要求比較低的情況下采用。 94.4 %保證率的意思是指:夏季6、7、8三個月共92d ,不能保證達到設計所規定的冷卻效果的時間(天數)為92 ×(1 -94.4 %)=4.55d ,其余時間都能達到設計所規定的冷卻效果。

      第二種情況:根據夏季平均每年超過最熱的10d 晝夜平均干、濕球溫度進行設計計算,其保證率為97.3 %,一年中不能達到設計規定的冷卻效果天數為:92 ×(1 -97.3 %)=215d。目前我國設計的冷卻塔基本上都是按照這第二種情況設計的。

      第三種情況:采用5d 的晝夜平均氣溫或者采用白天下午1 時(或2 時)的平均溫度值進行設計,這種設計的要求較高,保證率達98.6 %,也就是說一年中不能達到設計規定的冷卻效果天數僅為92 ×(1 -98.6 %)=1.3d。

      關于夏天平均每年超過10d (或20d )晝夜干濕球溫度如何取用和整理,常用的有以下4種方法。

      1. 取用歷年夏季(6、7、8三個月)或5月15日至9月15日每天下午2 時(即14時)的干、濕球溫度的觀測值直接編制保證率曲線。

      2. 取用歷年夏季或5月15日至9月15日每天8、14、20時干、濕球溫度三次觀測平均值編制保證率曲線,即稱為“三點法”。

      3. 取用歷年夏季或5月15日至9月15日每天第2、8、14、20時干、濕球溫度四次觀測平均值編制保證率曲線,即稱為“四點法”。

      4. 取用歷年夏季或5月15日至9月15日每天第2、8、14、20時干、濕球溫度四次觀測值,并將每次觀測值按1/4d 折算,然后再編制保證率曲線。

      過去常采用三點法,現基本上均采用四點法,因一晝夜4 次標準時間(2、8、14、20h)測定值的算術平均值是國家氣象部門規定的標準法。表5-2是我國部分城市的平均每年超過一定天數的溫度數值統計。

      根據表5-2 ,上海地區按夏季平均每年超過最熱的10 天晝夜平均干、濕球溫度進行設計(保證率為97.3 %),則得上海地區設計的氣象參數為:

      干球溫度 θ=31.5 ℃

      濕球溫度 τ=28 ℃

      相對應的大氣壓力 P a =753m m H g

      風速為 V =1.58m/s。

      目前華東地區(除山東省部分外)的冷卻塔設計基本上均采用上海的氣象設計參數。

      冷卻塔空氣風速及大氣壓力

      1. 空氣風速

      冷卻塔計算中的外界空氣風速,常采用多年夏季6、7、8 三個月的平均風速。計算風速一般為距地面2m 高度為準,當不符合要求時(實測時往往離地面高度不同),可按奧伯寧斯基近似公式進行換算:

      式中 Vh——距地面高度hm 處風速(m/s);

      V0——氣象臺風速儀安裝高度h0(m)處的速度(m/s);

      h0——氣象臺風速儀安裝高度(風標高度)(m)。

      風速的大小影響到冷卻塔的冷卻效果、塔結構的計算和是否需要實行有關的措施。

      2. 大氣壓力

      大氣壓力通常采用夏季平均氣壓或最熱月平均氣壓,表5-2部分城市的大氣壓力為夏季的平均氣壓數值。當大氣壓單位為mmbar,應換算為m m H g ,1m mbar=3/4m m H g 。

      總之,在選用氣象參數時,要因地制宜,不能盲目套用建設地區附近的氣象臺資料 (未經統計過的某些數值),特別是對地形變化較大地區的冷卻塔的設計與布置,如山區的 多變小氣候更應慎重考慮。同時對于冷卻塔群布置時,要考慮和估計濕空氣回流的影響及冷卻塔接近熱源或高大建筑物受到氣溫升高和自然風速減少等不利條件。





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