水的冷却原理

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1.麦克尔(Merkel)公式

以往计算冷却塔的水气参数时，把散热和散质分开计算，所以计算参数比较多。麦克尔引入了焓的概念，把散热和散质统一在焓中，减少了计算参数。全世界进行冷却塔的热力计算，较广泛地采用麦克尔公式。

设水传给空气流的总热量为，则在面积上的传热量为

它以水面饱和空气层的焓和湿空气中的焓之差，作为从水面向空气中散热的推动力。

实际应用于冷却塔的热力计算时，由于塔的填料形状一般较复杂，其表面面积不易精确决定。所以，常用填料体积代替其面积，则上式变为：

式中—填料的容积散质系数，

—填料体积，。

麦克尔公式中的容积散质系数，通常是通过模拟试验求得。

2.水的冷却过程

在冷却塔中水的冷却过程由水温、空气的干球温度、湿球温度决定。单位面积，单位时间的接触散热量为，蒸发散热量为。可分为下图所示的四种传热情况。

(1)水温大于气温。两种热量都由水面散向空气，,水温降低，水量产生蒸发损失。

(2),水温和气温相等。接触散热停止，蒸发散热照常进行，,水温降低，水量产生蒸发损失。

(3)。由于水温低于空气干球温度，从空气向水中产生接触传热；水面蒸发散热照常进行，，水温降低。

(4)。同(3)的传热情况，但,所以，即水温不再降低，但蒸发仍在发生。这是水冷却的极限情况，如果水温继续下降，将产生>水温又会升高，所以是水冷却的极限。

上述情况可用右图举例表示。图中横坐标为水温，纵坐标为单位冷却面积上的散热量。空气参数：干球温度26.6℃；湿球温度为15.7℃，大气压力；相对湿度0.27,散热系数。由图可见，随着水温的升高，总散热量也在增大，且蒸发散热量大于接触散热量。由于散热而使水温降低，当水温降到空气的干球温度26.6℃时，接触散热变为零，只剩下蒸发散热。当水温再降低，接触散热变为负值，即由空气向水传热，总散热量越来越小。当水温降到湿球温度15.7℃时，水的蒸发散热量等于空气向水中所输入的接触传热量，总散热量变为零，水温不再下降。当水温接近湿球温度时，焓差将很小，散热很慢，塔体积必须非常大。从经济出发，冷却后的水温，总要比空气的湿球温度高几度，即。()称冷却幅高，在设计中冷却幅高取3～5℃。

3.冷却极限的测定

上述水的冷却极限即为空气的湿球温度。当包纱布的温度计上的温度不变时，其指示的温度即为空气的湿球温度，这表示从纱布上蒸发的水变为水蒸气时，其所损失的热量等于由接触传热从空气中传给纱布的热量，二者平衡，所以湿球温度不再变化。这种说法漏掉了一种热量，即辐射传热。为了消除辐射热的影响，湿球温度计的包纱布部分必须通风。通风不改变辐射量，却使蒸发和接触散热量增大，但两者传热量之比例不变，这样一来，辐射热就可以忽略不计了。为达到以上效果，通过湿球部分的风速应达到3m/s以上，不然，测得结果必须作如下校正：

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上式即为阿费古斯特湿度计的校正值。