【正文】 橫向主水箱連通，二條輸水線在設備工作時一開一閉，以便確保設備運行時噴淋水分配器正常工作；橫向主水管兩端設置了控制閥，在輸水線立放的主水管底部設置了放空口，這樣可保證在冬季時設備的備用泵管線內噴淋水能夠放空，以免凍裂水管和備用泵。 一 ﹒ 國外典型結構型式及其特點 ? 國外企業(yè) （ 德國 GEA公司 、美國 FES公司和 ）開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷的典型結構如圖 — 5所示 ， 它主要有以下部件組成： ? 1. 位于設備底部側面的鼓鳳式風機； ? 2. 位于設備頂部的除霧器；3. 位于除霧器下方的噴淋水分配器； ? 4. 位于除霧器下方的光管管束； ? 5. 位于光管管束下方的水箱（ 收水盤 ） ； ? 6. 噴淋水輸送管線與管道泵。 圖 — 5. 國外蒸發(fā)空冷典型結構示意圖 （二）結構特點 ? 1. 國外開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷大部分采用鼓風式離心風扇 ， 從設備底部一個側面鼓風 ， 空氣阻力大 ， 而且進風口只有一面 ， 其風量??；也有少數采用類似涼水塔那樣的結構； ? 2. 除霧器由許多等間距布置的波形板組成 ， 其除霧效果差 ， （ 在安裝中無法確保波形板均為等間距布置 ） ， 水耗 、 能耗大 ， 而且制造 、 安裝 、維護均不方便； ? 3. 噴淋水分配器是固定的 ， 在設備運行中無法清洗 ， 噴淋水管線一般為碳鋼管 ， 易生銹 ， 而且噴嘴安裝在噴淋支管的下部 ， 噴淋水中的泥沙等雜質易聚積在水管底部 ， 噴嘴易堵塞 ， 一旦噴淋水分配器的噴嘴堵塞 ，傳熱管外表面無法完全被濕潤 ， 則設備冷卻能力大大下降 ， 勢必會造成設備停車檢修 。 ? 4. 國外開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷大部分采用集合管式管箱 ， 管束由水平蛇形盤管組成 ， 管子與管箱的連接型式只能采用強度焊 ， 一旦有一根管子出現泄露 ， 則設備必須停車來更換其整個管束 ， 而且由于采用集合管式管箱 ， 在集合管上最多只能水平焊接二排管子 ， 所以其管程布置困難 ，管程壓降較大； ? 5. 只有一條噴淋水輸送管線和一臺管道泵 ， 一旦該泵出現故障 ， 會使設備的冷卻效果很差 ， 會造成設備停車檢修 。 第三節(jié) 設計 ?一 ﹒ 基本假設 ?二 ﹒ 數學模型 ?三 ﹒ 傳熱、傳質方程和能量平衡 ? 方程及其邊界條件 ?四 ﹒ 設計要求 一 ﹒ 基本假設 ? 由于蒸發(fā)空冷的傳熱和傳質過程較復雜 ， 要精確算出各流體的流動 、 溫度和濃度分布是及其困難的 ， 為了使問題達到可進行數學處理的程度 ， 必須作適當的簡化 。 ? 1. 假設 ha/ka=Ca近似成立 ， 則空氣 — 水交界面與空氣流間的熱流量可用濕空氣熱焓差來表示； ? 2. 由于噴淋水蒸發(fā)量與其循環(huán)量相比很小 ， 僅占其循環(huán)量的 1～ 2%， 故在能量平衡計算中忽略水的蒸發(fā)量 ， 且不記輸送引起的水損失和排水損失 ， 即認為在蒸發(fā)空冷中噴淋水流量不變； ? 3. 管束具有均勻完整的表面潤濕； ? 4. 蒸發(fā)空冷中干空氣流量不變 ， 且在其各橫截面上空氣流速均勻； ? 5. 在蒸發(fā)空冷中各傳熱系數 、 傳質系數保持為常數； ? 從試驗中獲得的 hrw和 ka值是給定幾何形狀的平均值，忽略實際存在的噴淋水進入和排出的影響。 二 ﹒ 數學模型 ? 圖 — 7. 蒸發(fā)空冷溫度分布示意圖 圖 — 6. 蒸發(fā)空冷熱量傳遞示意圖 如圖 — 6（【 14】） 所示 ， 在蒸發(fā)空冷中熱量傳遞是從管內流體經過管壁傳遞到管外表面噴淋水膜中 ， 再從噴淋水膜傳遞給空氣流；從噴淋水向空氣的熱傳遞是由水膜與空氣流之間的直接接觸蒸發(fā)傳質傳熱和水膜與空氣流之間的強制對流顯熱傳熱共同完成的 。 蒸發(fā)空冷的典型溫度分布如圖 — 7（【 14】） 所示 ， 在其頂部 ， 由于工藝流體與噴淋水之間具有較大溫差 ， 從而具有較高的傳熱速率 ， 噴淋水被工藝流體迅速加熱 ， 工藝流體迅速降溫 ， 水溫迅速接近工藝流體溫度 ，相對來說由于水的蒸發(fā)引起的能量傳遞較低 ， 而在其余部分 ， 噴淋水和工藝流體均被冷卻 ， 因為這時的冷卻過程是由噴淋水與空氣流間的傳質過程控制 。 工藝流體溫度下降相對緩慢 ， 循環(huán)水溫度升到最高后與工藝流體一起被空氣冷卻 ， 最終恢復到它的進口溫度 。 空氣由下而上流動 ， 它一方面吸收了水的熱量 ， 一方面使水蒸發(fā)而形成飽和濕空氣 ， 它的溫度和熱焓逐漸上升 。 文獻 【 3】 提出了用管內工藝流體與管外表面噴淋水之間的總傳熱系數U以及管外表面噴淋水與空氣流之間以熱焓差為推動力的總傳熱系數 koa來描述蒸發(fā)空冷的傳熱 、 傳質的數學模型 。 本文以下均采用該模型來推導蒸發(fā)空冷的傳熱 、 傳質方程 。 在蒸發(fā)空冷的設計中，使用一維單元的工藝流體、噴淋水和空氣的適當的傳熱方程、傳質方程和能量平衡方程的組合，雖然工藝流體管子的交叉布置用二維分析方法更為可靠，但這會使其方程設計相當復雜，而計算精度幾乎沒有提高，則認為一維單元分析是足夠精確的。 三 ﹒ 傳熱、傳質方程和能量平衡方程及其邊界條件 如圖 — 6和圖 — 7所示 ， 令蒸發(fā)空冷中各流體溫度 、 熱焓的變化均以沿其頂部向其底部方向增加為正 ， 在蒸發(fā)空冷的一維單元模型中取出任意一個微元段 dA來進行傳熱 、 傳質分析可得： 管內工藝流體釋放的熱量： 空氣吸收的熱量為： 根據微元段 dA中局部能量平衡可得： 整理上述 （ 1） 、 （ 2） 、 （ 3） 式可得： H*只是噴淋水溫度的函數 ， 即： 由于噴淋水是循環(huán)使用的 ， 在穩(wěn)態(tài)工況下 ， 蒸發(fā)空冷頂部噴淋水進口溫度 Trw1應等于其底部噴淋水出口溫度 Trw2， 即有： 管內工藝流體與管外表面噴淋水之間的總傳熱系數 U可由下式計算： 管外表面噴淋水與空氣流之間以熱焓差為推動力的總傳質系數 Koa可由下式計算： 方程 （ 4） 、 （ 5） 、 （ 6） 是描述蒸發(fā)空冷傳熱特性的聯立微分方程組 ， 方程 （ 8） 是該方程組的邊界條件 。 可以用解析法和數值法求解上述微分方程組 。 hpf、 hrw、 hi、 ka這四個傳遞系數需要進行相應實驗來測定 ， 根據獲得的實驗數據提出這些傳遞系數的相應關系式 ， 在此文中不再詳述 。 ( 1) )( dATTUdTCWdQ rwpfpfpfpfpf ????( 2) )*( dAHHKdHWdQ aoaaaa ????( 3) apfrwrwrwrw dQdQdTCWdQ ???( 4 ) )( rwpfpfpfpf TTCW UdAdT ??( 5 ) )*( aa oaa HHW KdAdH ???( 6 ) )*()( arwrw oarwpfrwrwrw HHCW KTTCW UdAdT ????( 7) )(* rwTfH ?( 8) 21 rwrw TT ?( 9 ) 11D1 io rwomowwiiopf hfDDtfDDhDU ???????? ?( 1 0 ) 11 iaoa hmKK ??( 1 1 ) * rwdTdHm ?四 ﹒ 設計要求 借助于方程 （ 6） 就可以容易地看出 ， 若假設噴淋水溫度為常數 ， 將會導致不合理的結果 。 如果噴淋水溫度為常數 ， 則方程 （ 6） 中的 dTrw/dA就等于零 ，由此可得出在蒸發(fā)空冷中的每個地方都有： 對于一組給定的工作條件 ， U和 Koa（ 只取決于設計幾何參數和流速 ） 實際上保持為常數 ， H*只與噴淋水溫度 Trw有關 ， 如果 Trw為常數 ， 那么 H*也保持為常數 ， 則方程 （ 6a） 將導致以下兩種可能： (1) Ha和 Tpf必須保持為常數 ， 但如果有熱量傳遞 ， 這就不合理了； (2) 當 Ha增加時 Tpf下降 ， 而在逆流中這是不可能的 。 因此噴淋水溫度 Trw不是常數 ， 所以方程 （ 6a） 是不正確的 。 因此噴淋水沒有以它從管內熱流體那里獲得熱量的同樣速度把熱量傳遞給空氣流 。 對于穩(wěn)態(tài)工作 ， 噴淋水進口溫度 Trw1等于其出口溫度 Trw2， 因此盡管噴淋水溫度不是常數 ， 但是其變化是有限的 ， 而且由于假定對于所涉及到的 Trw的有限范圍 H*與 Tm成線形關系而引起的誤差很小 。 文獻 【 3】 認為沒有采用這個假設而進行的數值計算結果與采用這個假設的結果相差甚微 ， 因此這個假設是合理近似的 ， 因此方程 （ 11） 中的 m是適合于所涉及的噴淋水溫度范圍的比例常數 。 噴淋水溫度有限變化的一個附加結果是假設 Tpf、 Trw和 Ha的變化在空氣流動方向沿光滑曲線變化 ， 然而實際上通常蒸發(fā)空冷的布置是多管程的交叉流動 ， 對于 Trw是有限變化而且管程數比較大的情況 （ 如 10個管程 ） ， 這個假設是合理正確的 ， 要滿足的要求是每個管程的溫度和熱焓的變化與那個管程占優(yōu)勢的勢差相比較小 。 ( 6 a ) )*()( aoarwpf HHKTTU ???第四節(jié)、 工業(yè)應用 一 ﹒ 適用范圍與場合 二 ﹒ 應用情況 三 ﹒ 技術經濟性分析 四 ﹒ 應用前景 ? 二 ﹒ 應用情況 ? 國外開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷主要應用于制冷和空調系統 ，如壓縮機中間冷卻器 、 透平夾套水冷卻器 、 潤滑油冷卻器 ，以及其它無機物水溶液冷卻器 ，在煉油 、 化工 、 電力 、 冶金等行業(yè)的應用尚未見報道 。 ? 國內主要是蘭州石油機械研究所開發(fā)研制出了具有自主知識產權的蒸發(fā)空冷 ， 他們設計制造出的三百多臺各種型號規(guī)格的蒸發(fā)空冷已應用到我國西北 、東北 、 華北 、 西南 、 華東等地方的煉油 、 化工企業(yè)和油田以及冶金行業(yè) ， 其具體應用詳見表 — 1。 一 ﹒ 適用范圍與場合 蒸發(fā)空冷是一種將水冷與空冷 、 傳熱與傳質過程融為一體 ，且兼有二者之長的新型節(jié)能 、 節(jié)水型高效冷凝冷卻設備；它具有傳熱效率高 、 投資省 、 操作費用低 、 結構緊湊 、 占地面積小 、 安裝 、 維護方便而且維護費用低 、操作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點；適用于煉油和化工行業(yè)