实验四 冷却塔性能实验 一、实验目的

了解冷却塔的工作原理和工作过程，观测水在冷却塔中的冷却过程及水和空气进行传热传质的热力过程。了解和掌握实验测试仪表的应用。掌握冷却塔热力性能测量方法和热力计算方法。

二．实验原理与性能测试内容：

冷却塔利用蒸发冷却原理使热水降温以获得循环冷却水的装置。热水从塔上部向下喷淋，与自下而上的湿空气流接触。装置中部有填料，用以增大两者的接触面积和接触时间。热水与空气间进行着复杂的传热与传质过程，总的效果是水份蒸发，吸收汽化潜热，使水温降低。 考核冷却塔的传热传质性能指标，主要有冷却效率、冷却能力、气水比、交换数、容积散质系数、比电耗和噪声，工业测量中，还需考核塔的漂水率。本实验从工程热力学教学角度出发，主要包括冷却塔的冷却效率、冷却能力、汽水比、补充水量和噪声等内容。 1．冷却塔效率ηv

冷却塔效率ηv定义为冷却塔热水实际进出口温差与热水进口温度和湿空气湿球温度的温差之比值（湿空气的湿球温度taw1是热水在冷却塔内可能被冷却到的最低极限温度），其表达式如下：

tw1为进塔水温, tw2为出塔水温, taw1为进塔空气的湿球温度。 2．冷却塔冷却能力Ｑ

水通过冷却塔在单位时间内被带走的热量即为冷却塔的冷却能力： （kW）

式中，qmw（kg/s）为循环水量, cp（kJ/kg.℃）为水的定压比热。 3．冷却塔进风流量qma1

冷却塔进风流量qma1可表示为： （kg/s） 式中密度ρ可用下式计算 （kg/m3） 其中：pa--大气压力（Pa）;

ps1--大气温度下饱和湿空气中的水蒸汽分压力（Pa）; ta1--冷却塔进风口处空气温度（℃） φ--冷却塔进风口处空气的相对湿度， Ａa1--进风截面积（m2），

Ｃf1--进风口处平均风速（m/s）， 4．汽水比

汽水比即为进入冷却塔的空气质量流量qma1和水的质量流量qmw之比，其定义式为：

4．冷却塔补给水量Δqm,w

根据测得的冷却塔空气入口参数：进口温度t1相对湿度φ１ 和湿空气的体积流量Va1(m3/s)，可查得湿空气的饱和压力ps1，得到湿空气的水蒸气分压力：

入口处湿空气中水蒸气的质量流量： 入口处湿空气中干空气的质量流量：

冷却塔湿空气出口截面处可测得参数：空气出口温度t2和湿球温度taw2可查得pv2,，当出口截面湿空气达到饱和时，则： pv2＝ps2

此时计算所得的补水量为最大理论补水量。 出口截面上湿空气含湿量

kg(水蒸气)/kg(干空气) 式中：Ｐ--大气压力（由大气压力计测得）

因为qma1 = qma2 ，湿空气中干空气质量流量不变， 所以： kg/s

单位时间增加的水量等于湿空气中水蒸气质量流量的增量，即： kg/s ５．冷却塔风机噪声的测量：

冷却塔风机噪声也是冷却塔性能参数测定内容之一。测量方法见图2。 三．实验装置简介

本实验装置主要有如下几部分组成：冷却塔本体，循环水泵，电磁流量计，温度变送器，温湿度仪，风温风速仪等设备和仪表组成。见图6-1。

图6-1 冷却塔实验装置示意图

其工作原理是：水由冷却塔接水盘中抽出，被送到加热装置中加热，经加热过的水又被送回到冷却塔的进水管并由布水器将水均匀分布在冷却填料上，与空气进行传热传质的热质交换过程，降温后再回到冷却塔的接水盘中，连续不断地将热水通过冷却塔冷却后回到加热器。

四．实验步骤 （1）测量点布置

1. 进、出口水温分别在冷却塔的进口管和冷却塔的储水器中测得。 2. 冷却水流量在冷却塔出口管处测得。

3. 进风口风速、干球温度，相对湿度均在冷却塔吸风口测得。 4. 出风口干球温度、湿球温度均在冷却塔出风口处测得。 5. 噪声在冷却塔出风口风机处测得。 6. 气象参数在冷却塔附近测得。 （２）测量参数

1． 大气压力（Pa） 2． 大气温度（℃）

3． 冷却水进塔温度（℃） 4． 冷却水出塔温度（℃） 5． 冷却水流量（kg/s）

6． 进塔空气干球温度（℃） 7． 进塔空气相对湿度（%） 8． 出塔空气干球温度（℃） 9． 出塔空气湿球温度（℃） 10．进塔空气风速（m/s） 11．空气干球温度（℃）

12．空气湿球温度（℃） 13．.噪声

（3）测试仪表

大气压力计，温度变送器，干湿球温度计，电磁流量计，风速仪，噪声频谱分析仪 （3）实验步骤

1． 首先接通水源，让冷却塔接水盘和循环系统中充满水。 2． 合上风机电源，启动风机。

3． 启动水泵，观察系统的运行情况，如一切正常，可接通电加热器的电源，对水进行加热。

4． 调整好各测试仪表，并处于准备测量状态（如测温系统、测风量风速系统）。 5． 当系统达到稳定状态后就可进行试验。

图2 噪声测量示意图

五．实验数据记录与处理 1． 实验数据记录

本实验测量采用稳态法，即当系统达到稳定时，对上述所列参数在三分钟内同时连续测量，间隔一段时间后再次测量，共测三次，并将三次数据平均，用平均值作为计算数据。当计算出的气测与水测的热平衡误差在5%内时，则所测数据示为有效，将实验原始记录数据记录在表6-1。

2． 实验数据处理。 思考题：

1． 湿空气在冷却塔中进行的是什么过程？试在湿空气的h-d图上表示出来。

2．为什么在冷却塔中可以把热水冷却到比大气温度还低，这违反热力学第二定律吗？ 3．根据能量方程，质量守恒方程，得出本实验工况下的补给水量△qmw。 4．相对湿度越大，含湿量是否越大，为什么？