文献综述(或调研报告):
冷却塔或热源塔配水均匀问题由两方面问题组成,一是配水喷头的选择与布置,二是配水管道的布置与水力计算。前者要解决的是单个喷头喷溅范围内喷洒在淋水填料上的水量均匀与否的问题,后者要解决的是淋水面积内全部喷头的出水量是否趋同的问题。二者是相辅相成,缺一不可的,两者都处理好才能达到配水均匀的目的。
同时,冷却塔气动与热力计算理论建立的基本假设条件之一即是配水均匀,可见均匀配水的重要性。研究冷却塔配水就是为了解决配水均匀性的问题,也是冷却塔设计的关键环节,直接关系到冷却塔效率、能耗与投资。但冷却塔的配水问题并没有得到普遍重视,缺乏系统的理论研究,因此配水成为冷却塔设计中被弱视的一个环节,所以迄今中外冷却塔文献中均无系统、全面、准确的计算方法,很多设计所追求的配水均匀、合理的配水管径确定基本靠经验与试验。国外的研究者出于实现冷却塔良好的传热传质效果,对冷却塔中的均匀布水做了一些相关研究。
Bellagamba[1]等对闭式冷却塔中喷淋系统的水分布系统进行了研究。结果表明,水的分布特性受到整个冷却系统的影响,是喷嘴形式、喷嘴安装形式、喷淋区域高度等的函数,闭式冷却塔中水的均匀分布对于冷却器的传热传质效率影响很大。
Thacker[2]设计了一种闭式冷却塔中使用的中压喷嘴,并且测试了其喷淋密度,为闭式冷却塔中的喷淋装置的优化设计提供了基础。D.J.Viljoen[3]在Thacker的基础上,模拟闭式冷却塔中喷淋水与空气的传热传质过程,通过实验测试以及CFD模拟,得到了两种低压、两种中压喷嘴在有风和无风状态下分布特性(主要包括分布均匀程度、压降、传热特性)。
而目前冷却塔布水均匀性的问题基本上是从布水装置这一方面入手。
国内的潘椿,韩玲[4]从配水管与喷头的布置方式上,通过几何和水力学原理对冷却塔配水均匀性进行了探究。喷头的布置方面,他们发现常见的三种喷头布置方式中(即方阵布置、三角形布置、六角形布置),六角形布置的喷头布水均匀性最好,三角布置的其次,方阵布置的最差。而在喷头的选择上面,旋流式喷头与冲击式喷头是较为理想的喷头种类,能够获得较好的配水均匀效果。配水管布置方面,从支干管与主干管的不同组合,可形成两类配管形式,一类为环状布置,另一类为树枝状布置。通常人们认为环状布置有自动平衡水量分布功能,布水均匀度较高,而树枝状布置则布水均匀度较差。而他们通过分析支干管内的水压分布与喷头供水支管入口的水压分布规律,发现其实在冷却塔配水的具体条件下,此结论并不完全正确。根据上述的分析,他们提出了几点提高配水均匀度的对策:
- 喷头安装不宜在同一平面:因为支管入口总水头沿支干管沿程由低向高变化,故同一根支干管上的喷头流量是进水端小而末端大,如果高度不同即可使喷头流量相等。
- 主干管变径:对于若干根支干管共用一根等径的主干管的配管系统,则每根支管的入口水压也是靠近进水端的较低而远端较高。如主干管采用变径管,在各支干管三通之间加上渐缩管,则可使各干管的入口水压差别减少很多,如设计参数选用恰当,可使各支干管入口水压接近一个稳定值。
- 改变喷头连接管的长度:支干管水平布置,而支干管至喷头间的联结支管长度可变,特别是垂直支管长度靠支干管进水端近者较长,而向末端逐个减少。此法的缺点是每个支管都有各自的特定长度,数量多施工较麻烦,容易出差错。
- 改变支干管的中心标高:改变支干管的中心标高,使进水端标高低而末端标高高一些。其高差值与支管入口总水头的差值相等,则可使靠进水端的支管入口水压与末端的支管入口水压保持同一数值,但在此两个支管之间的其它支管入口水压则可能要高一些或低一些,但变幅值比支干管中心标高不变者有所减少。
- 配水管采用全对称树枝状布置:从配管系统布局上看如采用全对称树枝状排管布置,可使各支干管的入口水压相等,如在总体布置条件上能够做到,不失为最佳形式。
- 中心干管排管布置:如主干管采用末端升高(向上坡度),而支干管上的喷头支管垂直管长度分成若干长度来匹配,则布水均匀度可比传统的提高很多,此种管系材料较省,末端为自由端,对施工安装,检修调整来说比较方便。有它的一定优越性。
- 中央进水单侧干管排管布置:如果主干管采用变径管,每支干管间加渐缩管,使各支干管分支前主管流速相差不大,则各支干管入口水压的差值可减到很小,并采用支干管末端升高的布置形式,也可取得较佳的布水均匀度。
由于目前国内外对冷却塔配水均匀性的研究相对较少,相关的文献综述也不多,所以以上是目前我对此的大致了解。
参考文献
[1]Bellagamba,B,Dinelli.Water distribution in cooling tower:chrracterization of industrial spray nozzles[J].IAHR Cooling Tower Workshop.Pisa.Italy.
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