闭式冷却塔空冷传热性能的试验研究及优化运行

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闭式冷却塔空冷传热性能的试验研究及优化运行钱泰磊 ，吴佳菲 ，朱冬生 ，郑伟业 ，李 霞 ，周洪剑(1.华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室，上海200237；2.上海宝丰机械制造有限公司，上海200436)摘 要： 搭建了扭曲管闭式冷却塔的换热实验平台，在空冷模式下通过测试在不同风机频率以及风机频率固定时不同的管内流体进口温度、空气干球温度情况下闭塔的传热性能、流动阻力和能耗，得到了风机频率、管程体积流量以及管程进口温度、环境温度对综合传热性能和空冷传热量的影响，进而得出优化闭塔空冷换热的方式，并推导出在不同的季节温度下最合理的运行方式。同时本试验拟合了风机频率和风机功率等与迎面风速的试验关联式以及空冷管外空气的传热系数试验关联式，对扭曲管式闭式冷却塔的优化设计有-定的指导作用。

关键词： 扭曲管；闭式冷却塔；空冷；风机频率；管外空气传热系数中图分类号： TH137 文献标识码 ： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.06.015Experimental Investigation of Heat Transfer and Energy-saving Operation of anAir-cooled Closed Circuit Co ling TowerQIAN Tai-lei ，WU Jia.fei ，ZHU Dong-sheng ，ZHENG Wei-ye ，LI Xia ，ZHOU Hong-jian(1.Key Laboratory of Pressure Sysms and S ty，Ministry of Education，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China；2.Shanghai Baofeng Machinery Manufacturing Co.Ltd，Shanghai 200436，China)Abstract： An experimental test platform is built up to for the twisted tube closed circuit cooling tower.The principal of thisstudy is to investigate the influence of fan frequency，volume flow rate，the temperature of environment and tube-inside fluid onthe total heat transfer performance and air-cooled heat transfer quantity by testing the heat transfer perform ance，resistance to flowand energy consumption at diferent fan-frequency，inlet temperature of process water and air dry ball temperature in the air-cooledmode，then get the method to optimize the heat transfer in air-cooled Closed Circuit Cooling Tower，to obtaine the most reasonableworking mode interface diferent temperature.This experiment also fit out the experimental correlation of fan-frequency，fan-powerwith the face velocity as wel as the experimental heat transfer coeficient corelations of the air outside the tube.and this correla-tion wil be referred in optimal design for twisted-tube closed circuit cooling towers。

Key words： twisted tube ；closed circuit coling tower；air-cooled；fan-frequency；heat transfer coefficient corelations of the airoutside the tuhe1 前言新型复合式闭式冷却塔的-个节能特性是：可以根据季节以及环境温度的不同选择不同的冷却方式，即空冷、蒸发冷却。在冬季或者过渡季节外界气温较低时，在满足用户制冷量的前提下，可以选用空冷作为其冷却方式〖虑到扭曲管管型以及盘管上部的喷淋系统与除水器对其传热性能的影响，现有的管外空气传热系数经验式将无法适用。

充分了解空冷模式下扭曲管闭式冷却塔的传热性能以及传热过程中耗能情况，搭建了扭曲管闭塔的换热实验平台，测试其在具体结构参数时的传热性能和耗能情况，确定风机频率、管内流体进出口温度、空气干球温度对设备换热性能及制冷效率的影响程度，进而可以得出其最节能的冷收稿日期： 2012-09-14基金项目： 上海市宝山区科学技术委员会资助项目(CXY-2010-03)2013年第4l卷第6期 流 体 机 械 71却方式；同时在此试验的基础上拟合出空冷模式下管外空气传热系数的试验关联式以及风机频率、风机功率与迎面风速的关联式，从而为扭曲管式闭式冷却塔的优化设计和工业应用提供相应理论指导。 2 测试装置及试验流程试验用新型复合闭式冷却塔整体尺寸为长1420×1140 X3398mm，换热盘管采用扭曲管错排布置，整体热浸锌处理。

试验流程如图 1所示，主要装置包括闭式冷却塔-台，冷、热水箱-台。来自热水箱/冷水箱的工质水通过给水泵进入闭塔换热盘管内，经由下至上横掠管束的空气冷却降温后排回冷水箱/热水箱，如此循环试验。

空气排出蓁图 1 试验 流程试验前保证热水箱水位在 2m以上(水箱高3m)-始前先用蒸汽加热热水箱内水(打开阀门7，开蒸汽将热水箱内水加热到60C左右，关蒸汽并关闭阀门7)；保证阀门 1全开，阀门 3全关状态，打开热水泵使箱内热水循环流动混合均匀(10min左右)后送人闭式冷却塔，通过变频器改变风机频率控制风量。当系统稳定后采用数据采集仪记录管内冷却水的流量、进出口温度，出口空气的温度、相对湿度，采用手持式采集仪和转轮风速仪分别记录进 口空气的干湿球温度、风速。温度采用热电阻测量，精度 ±0.1℃，采用电磁流量计记录体积流量，流量计精度 ±0.5%，数据 由Agilent 34970A数据采集仪采集。分别调节风机频率至40HZ、30HZ、20HZ、10HZ，重复以上过程。

当热水箱中水量逐渐减少，冷水箱中水量逐渐增多时，为避免热水箱水位过低引起烧泵，当热水箱水位低于 1m时，暂停试验，关阀门3，4，关热水泵，开阀门6，开冷水泵，待冷水箱中水混合均匀后开阀门5。按上述步骤-启风机，调节风机频率，继续实验。

3 试验数据处理方法整个试验所涉及的数据包括：(1)管内工质水进口温度tpi、出口温度t 体积流量 G。；(2)风机频率，、频率所对应的电流 ，、电压：(3)空气进口温度 t 湿度 RH、空气出口温度 t-湿度 RHo；(4)空气进口风速 ；。

3.1 热负荷、闭塔总传热系数及管外空气对流传热系数进行数据处理时，假设试验传热过程为稳态过程，且忽略辐射传热。

管内工质散热量为： ( )( - ) (1)单位面积散热量为： A (2) - Lz空气得热量为：Q。 (3)式中 Q --工质散热量，kWC营-工质定压比热，J/(kg·c)P。--工质密度，kg/mG --工质体积流量，m。/ht --工质进出口温度，℃A--散热面积，mQ。--工质散热量，kW、 ～- - 空气进出口焓值，J/kg干空气空气焓值可通过空气干、湿球温度求得，空气湿球温度通过自编程序已知空气干球温度、相对湿度求得。

总传热系数 为： ( ) (4)对数平均温差△t 为： ㈣ 式中 t t.o--空气进出口温度，℃72 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.6，2013管外空气对流传热系数[1]：。 -(主：r ) -rP-r。-(6)