冷却塔内气流能量及阻力

在冷却塔的工作条件下，风机的通风量决定于冷却塔的全部空气动力阻力，而这一阻力等于风机的全风压力。风机的工作点使以风机的特性曲线与冷却塔的空气动力阻力性能曲线的交点来表示。

1. 能量方程

气体在冷却塔内的流动如同管道内流动相似，其连续性方程式是质量守恒原理在流体运动中的表现形式。气体在进行稳定流动时，从某段一端流入的质量等于另一端流出的质量，如图9-4 所示，即单位时间内流过每一截面的流体质量为一常数，用式表示为：

式中 γ1、v1、F1——表示断面121 处气体的密度（kg·s2／m4 ）、面积（m2 ）和流速（m／s）；

γ2、v2、F2——表示断面222 处气体的密度、 面积和流速。

此式称为“连续性方程式”。对于空气来说，虽然压缩性很大，但在冷却塔中流动时，通风阻力较小，一般为10～30mm H2O ，前后压力变化很小，这些变化可认为忽略不计，故可当作不可压缩来看待，即ρ1 =ρ2 ，则式（9-12 ）可变成为v1F1 =v2F2 = 常数。

按图9-4 ，气体在塔内流动的能量方程主要描述气体流动时的压能、动能及位能三者相互变化的规律，这个规律表明理想气体在塔内作无扰动现象流动时，任何一个截面的压能、动能、位能三者之和是一个常数，即伯努利方程：

式中 P 1、P 2——截面1-1、2-2 上的压力（kg／m2 ）；

γ——气体的密度（kg／m3 ）；

v 1、v 2——截面1-1、2-2 上的流速（m／s）；

g——重力加速度，9.81m／s2 ；

Z1、Z 2——截面1-1、2-2 距基准面（020 ）的高度（m ）。

实际气体在塔内流动时，是有压力损耗的，使总能逐渐减小，如采用ΣH 表示阻力损耗的能量，则空气在塔内流动时的实际能量方程为：

等式两边乘γ，可写成：

式中 P 、Z·γ、（v2／2g）·γ 分别被称为静压、位压（位能）、速压（动能），而ΣH·γ=ΣΔP 表示压力损失总和。

静压是冷却塔内气体垂直作用在物体上的压力，可正可负；位压亦叫位能，由重力作用而引起，距地面越高位能越大；速压亦称动能又称速度头，由速度引起，随速度大小而变化，它的方向与速度方向一致，永远是正值。

静压和动压在一定条件下会互相转化，并且可用来克服塔内的阻力。以圆形逆流式机械通风冷却塔来说，中塔体和风筒（不是扩散风筒）的截面是不变的，收缩段的截面是变化的。如果气流均匀分布，则气体在截面不变段流动时，如果流速不变则动压不变，所以阻力只能用压能（静压）的消耗来克服；气体在截面变化段流动时，如果要保持静压不变，就必须利用动压的变化来补偿阻力损失。能量的转化可用下式计算：

可见，由于流速降低而增加的静压力等于阻力损失，即静压增加值全部消耗在克服阻力上。

2. 冷却塔的压力损失

（1 ）动压力损失

在塔内流动的空气，因具有速度故要消耗部分动能，即动压力，其值计算为：

式中 v ——空气的流速（m／s ），一般来说，冷却塔的风量是不变的，但风经过的断面是变化的，故风速也是变化的，其变化的范围为20m／s ＞v ＞ 1m／s。

γ——空气的密度（kg／m3 ），根据 等参数查有关图表。

（2 ）局部阻力 局部阻力可分为两类：一是流量不变时产生的局部阻力；二是流量改变时产生的局部阻力，冷却塔属前种。但局部阻力都可按下式计算：

式中 ΔP z——各部件的局部阻力（kg／m2 或mm H2O ）。

ξ——局部阻力系数，表示部分动压消耗在克服部件阻力上。一般用实验方法确定。

（3 ）总局部阻力 冷却塔通风阻力包括沿程摩阻、局部阻力和动压损失等3 个部分。总的局部阻力如《冷却塔的设计与计算》那章所述，由进风口、导流设施、淋水装置、配水系统、收水器、风筒、气流的收缩、扩大、转弯等组成。总局部阻力表达式为：

式中 ξi ——局部阻力系数； vi ——相应部位的空气流速（m／s）；

γi ——相应部位的空气密度（kg／m3 ）；

g——重力加速度（9.81m／s2 ）。