逆流闭式冷却塔热工性能仿真及优化设计研究

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闭式冷却塔具有高冷却效率、节能节水、结构紧凑等诸多优点,广泛应用于多个工程领域中,不同于常见的开式冷却塔,闭式冷却塔内部结构增加了一组换热管,换热管内、外部流体进行热质交换,保证了水质不受污染。此外,喷淋水附着在管外壁配合空气流动带走热量,大幅度提高了冷却效率,喷淋水的循环利用,也起到了节能节水的目的。首先,本文从逆流闭式冷却塔的传热、传质过程为出发点,介绍了空气、循环喷淋水和冷却水三者之间传热传质过程的微分方程组,求解得到了理论模型数值解及各参数在换热器内部的分布情况。其次,展开了逆流闭式冷却塔的实验研究,对理论模型中的传热、传质系数进行了修正,并且分析了在不同的气水比下淋水密度、进水温度、空气干球温度和湿球温度对出水温度和性能系数的影响。在此基础上,本文对闭式冷却塔进行了结构优化,以实验塔为研究对象,采用经实验修正后的理论模型进行结构优化。结果表明,在名义工况下结构优化后的换热量增加7.66%,换热面积降低了16.19%,性能系数提升了9.65%,空气侧压降降低9.97%,管内侧压降降低30.64%,出水温度降低1.41%。最后,本文结合北京、长沙和广州3个城市气候特点,建立了闭式冷却塔的运行参数优化模型,并利用神经网结和遗传算法相结合的方式,对运行参数模型进行求解。结果表明,在干湿球温差为2℃时广州的换热量增加了1.75%,运行能耗降低了3.02%;长沙的换热量增加了2.69%,运行能耗降低了1.51%;北京的换热量增加了6.14%,运行能耗降低了0.76%。从夏季整个运行周期来看,北京地区的总换热量提升了15.05%,总运行能耗降低了11.07%;长沙地区的总换热量提升了13.04%,总运行能耗降低了9.31%;广州地区的总换热量增加了12.59%,总运行能耗降低了7.28%。总体来说,优化后换热量均有所提升,而运行能耗有所下降。
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