塔内气流的流动情况受空冷塔塔型结构的直接影响,而空冷塔内的空气动力特性会对空冷系统的冷却效果产生重要影响,因此研究空冷塔内部气流的流动和换热特性,进而优化空冷塔塔型结构具有非常重要的意义。本文针对自然通风空冷塔模型,对其流场和温度场从实验和理论分析两个角度进行了深入研究,完成了空冷塔流场和温度场实验台的设计、搭建和调试工作,并对塔型优化和流场变化原因进行了探讨。为研究自然通风空冷塔内流场、温度场随工况的变化情况,本文给出了简化的空冷塔数学模型,对空冷塔进出口边界条件进行了分析计算;根据相似理论推导出了空冷现象的准数方程,选取格拉斯霍夫准数为制作空冷塔模型应满足的相似准则;并以自模区理论为基础,确定了模型塔的模型率;对模型塔选材、设计、安装及散热器的简化方法进行了研究,设计并制作了温控系统;制定并改进了测试方案,选取了实验仪器;运用PIV技术,对模型塔进行了测试,得到了不同入口温度条件下模型塔内的流态、温度和流速变化规律。测试结果表明,空冷塔内流场随工况变化的原因是随着入口温度升高,惯性力、塔内外温差、边壁与中轴线温差作用渐次增强,起主导作用的因素发生变化导致的,而其中二者相互制约时,流态越接近理想流态。对空冷塔进行改型时,建议采用竖直壁代替曲面壁,有利于钢构件加工;渐阔型出口改为直筒型或渐缩型,有利与避免出口气流回流。改型后的流场实验的工况建议选用42℃-47℃,此时双曲线空冷塔与运行工况最相符,且处于过渡区,有利于实验结果与理论结果的分析比较。