冷却性能

关键词： 冷却 指标 性能 评价

冷却性能（精选九篇）

冷却性能 篇1

1 按计算冷却水温评价

根据冷却数方程式表示的热力特性和阻力特性，可以综合计算得到设计或其它条件下的冷却水温t2。

2 按实测冷却水温评价

通过验收试验，测得一组工况条件下的出塔冷却水温t2由于试验条件与设计条件的差异，需通过换算方可比较，其比较的方法是：将实测的工况条件代入设计时提供的t2=f (g1φ1, q，△t)性能曲线或设计采用的计算方法和公式，计算出冷却水温t2，如果比实测的t2高，则说明新建或改建的冷却塔实际冷却效果要比设计的好，反之则说明冷却塔效果差。

这种用实测冷却水温的评价方法，计算简便，评价结果直感，试验时不需测量进塔风量，易保证测试结果的精度，但需设计单位提供一套t2=f (g1φ1, q，△t)性能曲线 (操作曲线) 或计算公式。

3 特性曲线评价法

3.1 性能评价应用公式

式中η——实测冷却能力;

Ql——修正到设计条件下的冷却水量(kg/h);

Qd——设计冷却水量(kg/h);

Gt——试验条件下的实测风量(kg/h);

hl——修正到设计工况条件下的气水比，

由于试验条件与设计条件存在差异，故需将试验条件下所测之数据，修正到设计条件下进行评价。

3.2 设计工况点的决定

在作设计时，根据选定的塔型及淋水填料，可获得该冷却塔的热力特性Ω=Ahm，在双对数坐标纸上便可获得一条Ω=f (h)的设计特性曲线见图1中直线1。

根据给定的冷却任务(g1, t1, p, Q, t1, t2)假设不同的气水比，可获得不同的Ω，将其描绘在图上，便可得冷却塔的工作特性曲线，如上图中曲线2，直线1和曲线2的交点。即为满足设计要求的工况点。

3.3 试验条件的工况向设计条件修正

冷却塔进行验收试验或性能试验时，由于实测进塔空气量G，和设计空气量不可能完全相同，所以获得的直线和上图中的直线1不可能完全相同，而是另外一条和直线1平行的直线3。直线3和曲线2的交点c则表示修正到设计条件下的工作点，C点对应的气水比即为修正到设计工况条件下的气水比hl。

c点的获得，可由试验得到的冷却数Ω和气水比h点绘到冷却塔设计特性曲线图上，得试验点b，过b点作直线3平行于直线1，从而可得到直线3和曲线2交点c。

根据试验实测的空气量Gt及修正后c点的气水比hl，便可得到修正后的冷却水量Ql，即：Ql=Gt/hl

将上式代入便可求得实测冷却能力η。如η大于90%或95%，应视为达到设计要求;η大于100%，应视为超过设计要求。

4 美国CTI机械通风冷却塔特性曲线评价法

此评价方法与上述的冷却塔性能评价方法基本相同，亦是以实测冷却能力η表示的，即：

所不同的是上式中进塔风量Gt不是直接测定的，而是测定机械通风冷却塔的风机功率，根据风机功率再计算进塔风量。计算公式为：

式中Gt——通过实测风机功率换算的风量 (kg/h) ;

Gd——设计风量(kg/h);

Nt——实测风机功率(kw);

Nd——设计风机功率(kw)。

风量Gt求得后，其它计算方法均与前所述相同。

摘要：通过冷却塔验收试验或性能试验整理出结果, 应对该冷却塔的性能作出评价。评价的指标, 决定于所采用的评价方法, 有以冷却出水温度, 或以冷却能力 (实测经修正后的气水比与设计时气水比的比值) 作为评价指标, 也有用其它的评价指标。下面介绍几种目前国内外常用的冷却塔性能评价方法。

关键词：冷却塔,评价指标,性能评价

参考文献

[1]赵振国.冷却塔[M].北京:中国水利水电出版社, 1997.6.

[2]李德兴.冷却塔[M].上海:上海科学技术出版社, 1998.

冷却性能 篇2

几何参数对层板冷却性能影响的数值模拟研究

对12种不同几何结构尺寸的`层板进行了系统的耦合传热数值计算,研究了通道高度、扰流柱直径、孔间距与孔径比等几何参数对层板冷却效果的影响.结果表明,在相同的冷气密流条件下,减小通道高度可显著提高冷却效果,孔间距对冷却效果影响不大.这里的结果可为层板的优化设计提供参考.

作 者：李江海 全栋梁 刘松龄 朱惠人 LI Jianghai QUAN Dong-liang LIU Song-ling ZHU Hui-ren 作者单位：西北工业大学,动力与能源学院,西安,710072刊 名：机械设计与制造 ISTIC PKU英文刊名：MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE年，卷(期)：“”(9)分类号：V23关键词：航天推进系统 冷却系统 冷却效率

冷却性能 篇3

摘要：针对冷却系统是否能满足CRH3高速动车组牵引变压器散热需求这一问题，文章阐述了CRH3型动车组牵引变压器冷却系统的构成及原理，通过广州南至西安北拉通试验，验证了在常态运行工况下CRH3型高速动车组牵引变压器的冷却系统的冷却性能完全能满足牵引变压器的散热需求。

关键词：高速动车组；牵引变压器；冷却性能

中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0009-02

1 概述

我国高速铁路的蓬勃发展给高速列车的制造带来了机遇和挑战。目前以CRH3系列为代表的高速动车组已经奔驰在全国的高速铁路上，京津城际客运专线、武广客运专线为国产高速动车组提供了广阔的舞台。

目前，高速电动车组全部是动力分散式交流传动电动车组。在交流传动电动车组将电能转变为机械能这个能量转化和动力传递过程中，牵引变压器作为大功率的电气元件在工作中会产生大量的热损耗，引起电气部件温度升高，如果温度超过电气部件所能承受的范围，牵引变压器将不能正常工作，甚至会破坏电气部件的绝缘性能、引起着火等危险。因此，采用冷却性能良好的冷却系统将牵引变压器工作时散发的大量热量带走是非常必要的。文章对牵引变压器的热损耗进行了深入分析，阐述了CRH3型动车组牵引变压器冷却系统的构成及原理，通过拉通试验，在常态运行工况下CRH3型高速动车组牵引变压器的冷却系统的冷却性能完全能满足牵引变压器的散热要求，为新一代高速动车组牵引变压器冷却系统设备的研发设计提供了参考依据。

2 牵引变压器热损耗因素分析

牵引变压器在运行时由于产生热能而使设备发热，这些热能主要来自于空载损耗和负载损耗两个方面，变压器运行时发热的同时也在向外界散热，当发热量大于散热量时设备的各个部件的温度就会升高，当发热量与散热量相同时设备温度保持不变，当设备长时间处于发热量大于散热量工况时设备各部件会持续升温，这需要冷却装置的冷却性能足够强才能将设备的温升控制在允许的范围内。

牵引变压器是高速动车组的关键部件，其损耗主要有空载损耗和负载损耗，但是高速动车组所采用的牵引变压器是高漏抗、多绕组变压器，当采用饼式、分裂式绕组时，由于横向漏磁场大，油箱的损耗也较高。

3 冷却系统构成及原理

3.1 牵引变压器冷却系统构成

CRH3型高速动车组牵引变压器（TF）位于动车组TC02/TC07拖车的地板下，变压器冷却装置（CLF）在每个变压器的旁边。牵引变压器冷却系统包含过滤器、热交换器、油泵、冷却风扇、通风道、主要框架、带液位测量仪的补偿水箱和冷却剂等主要部件，过滤器包括入口过滤器和污垢粗过滤器及精过滤器。冷却系统的大部分冷却液和绝缘介质在变压器箱里，用作冷却和绝缘。当冷却液流过冷却器时，循环泵从变压器吸取热的冷却液。变压器系统配有膨胀箱，它位于TC02/TC07车的车顶，从而补偿因温度变化而产生的冷却剂量的变化。

3.2 牵引变压器冷却系统工作原理

CRH3型高速动车组牵引变压器采用强油风冷的冷却方式。它属于强迫油循环冷却方式。是采用在油箱周围安装强油风冷式冷却装置，它把变压器中的油，利用油泵打入油冷却装置中后再复回油箱，油冷却装置做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风把热量带走，使变压器油温度降低到设计要求的数值。在空气冷却式换热器中，被冷却的油是在封闭的管板通道内流动，空气则绕管板外侧流动。为了取得最大的冷却效益，通过介质循环泵和风扇使得冷却介质和空气以确定的速度和压力流动。

变压器副油箱与主油箱之间有联接通路，当变压器内因为温度升高或其他故障原因产生气体时，气体可以经过联接通路排到副油箱中，副油箱还可以在主油箱油量不足时提供补给。通过在副油箱上安装的可视液位检测仪来观察系统油量变化。

CRH3型高速动车组牵引变压器冷却方式将油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%。

4 冷却系统性能动态测试研究

4.1 任务表述

通过上面的描述可知，牵引变压器冷却系统的高温油是通过风机组的强制通风来降低温度的，在冷却系统工作过程中，为了促使热量的快速散发，CRH3高速动车组采用冷却风机来提高空气对流速度。而高速动车组随着列车运行速度的不断提高，列车表面负压也随之增大，随着列车表面负压的增大，新风难以从冷却系统新风风道入口处进入，此时风机的表面压力增大，空气流量减少，到了情况严重时，变压器会因过热而损坏。此外，当高速动车组以高速度通过隧道时也会造成列车表面压力的剧烈波动，这也将导致冷却风机运行环境的突变，从而对变压器的散热性能造成影响。CRH3主变压器油温随速度级增加而升高，变压器出口油温报警限制值约为95℃（380km/h），为了验证高运行速度下，尤其是在200km/h以上速度等级时高速动车组牵引变压器的冷却系统性能能否满足散热要求，在拉通试验中测量牵引变压器入口及出口油温来验证冷却系统性能是否满足要求，为新一代高速动车组牵引变压器冷却系统单元的设计提供参考依据。

4.2 实验及分析

在测试过程中，动车组处于广州南至西安北拉通试验运行工况下，最高运行速度300km/h，图1记录了TC车牵引变压器入口和出口油温随环境温度及列车速度变化曲线图，总结了在整个运行过程中TC车牵引变压器入口油温及出口油温的最高值。图2给出了在牵引变压器工作电压由交流440V变为220V时牵引变压器入口油温和出口油温随环境温度和列车速度变化曲线图及牵引变压器入口油温及出口油温的最高值。由这些统计数据表明主变压器各部件温度及受列车速度影响较大、随持续运营速度提高而升高、随持续运营速度降低而下降；另外，主变压器部件温度也与外部运营环境有关系。整个拉通实验中，牵引变压器各部件检测温度均正常，未出现异常高温报警，其温度检测值并没随运营距离增大而持续升高，各检测点最高温度均未超过牵引变压器预报警温度值。

5 结语

文章详细论述了牵引变压器的热损耗，阐述了CRH3型动车组牵引变压器冷却系统的构成及工作原理，通过广州南至西安北拉通试验，验证了在常态运行工况下CRH3型高速动车组牵引变压器的冷却系统的冷却性能完全能满足牵引变压器的散热需求，为新一代高速动车组牵引变压器冷却系统单元的设计提供参考依据。

参考文献

[1] 姜冬.高速动车组冷却技术及产品的现状和发展[J].

内燃机车，2011，23（2）.

[2] CRH3牵引系统培训资料[S].

[3] CRH3变压器冷却系统设计规范[S].

冷却性能 篇4

冷却液的主要功能是能量传递,影响发动机的冷却效率,进而影响发动机的动力性和经济性[1]。除要求其具有出色的热传递特性外,还应具有抗沸、抗冻、防腐蚀等特点。在过去数年中,传统冷却液以乙二醇水溶液作基液[2]。

水的热导率较大,冷却效果优良,但沸点低[3],故目前冷却液中的水含量逐渐减小甚至已研发出无水冷却液;使用乙二醇溶液虽然可以提高沸点(50%浓度下为107℃),但乙二醇有毒且易生成酸性物质腐蚀发动机,难以满足愈发严格的发动机要求。丙二醇沸点高、凝点低且无毒抗蚀,用其配制基液比乙二醇更为安全,但其热导率较低,如何在水含量小的情形下增强其冷却效果是一大难题。

“纳米流体”[4]概念被提出后,受到极大的关注和广泛应用。向水中添加Cu纳米粒子,其热导率可从1.24增至1.78[5]。Cu纳米粒子还能降低溶液的过冷度和增大努塞尔数[6]。CuO纳米粒子能极大增强热导率并降低乙二醇基液的黏度[7]。使用TiO2纳米冷却液能够增强风冷散热器的散热性能[8],而SiO2粒子也可增强水的传热速率和摩擦因数[9]。ZnO纳米粒子添加到基液中后,流体的黏度随氧化锌纳米粒子浓度的增加和温度的升高而降低,而热导率则相反[10]。Al2O3纳米粒子也被广泛研究,如将氧化铝纳米粒子添加到丙二醇中,纳米流体的黏度随粒子浓度升高而增大;同时,热导率也有极大提高[11]。

但纳米流体依然存在许多问题,如不同组的试验结果之间存在差异,并且在池沸腾状态下纳米粒子不能增强流体的散热性[12],故纳米冷却液仍需进一步的研究。本文以获取其冷却性能为目的,利用Fire软件对冷却水套进行三维流场模拟,得到其流场速度、传热系数分布及压力损失等信息。通过对不同浓度下的冷却液性能进行比较分析,探明其最佳体积配比,为进一步研发提供理论参考。

1 纳米冷却液的组成和性能

1.1 氧化铝纳米冷却液的性能

本文中所使用的氧化铝纳米溶液由丙二醇基液(90%体积分数的丙二醇与10%体积分数的水混合得到)、10nm纳米粒子和分散剂组成。纳米粒子的浓度在1%~5%之间变换。

冷却液的物性由文献[11]中获得。表1为不同浓度下纳米冷却液的沸点。

从表1可以发现,氧化铝纳米冷却液的沸点均高于120℃,保证冷却液在高温下的冷却效果。随着纳米粒子浓度的增大,冷却液的沸点降低。

如图1所示,在70℃前,纳米冷却液的热导率随温度的升高而减小,并在之后随其增大。这表明温度对氧化铝纳米冷却液的物性影响极大。此外,黏度随温度升高而降低,比定压热容则增大。

粒子浓度对冷却液物性的影响在于:随着粒子浓度的提高,黏度和热导率增大,比定压热容下降。表2给出了90℃和100℃下不同浓度的纳米冷却液物性。其中,φ为溶液中氧化铝纳米粒子所占的体积分数;ρ、cp、μ、k分别为纳米流体的密度、比定压热容、黏度和热导率;而Δpξ、U和v则表示流体在水套中的压力损失、传热系数及流速。

1.2 模型建立和网格划分

计算时采用的发动机为某型增压中冷柴油机,利用三维软件Pro/E建立冷却水套模型后,将其导入Fire软件并进行网格划分,以用于模拟计算。发动机的水套网格如图2所示。网格总数为217 520。左下端进水,右上口出水。

根据发动机的水泵参数,设置边界条件为:入口流量0.823m/s,进口温度338K,入口湍动能1m2/s2,湍动能尺度0.001m;出口条件设置梯度为0[13]。

计算时将冷却液的流动视为稳态、三维黏性不可压缩的湍流流动,湍流方程k-z-f。用Simple方法进行稳态计算,并使用标准壁函数进行处理。

2 计算结果分析

2.1 粒子浓度的影响

为研究氧化铝纳米粒子浓度对冷却性能的影响,设置冷却液的温度为90℃,在此温度下对冷却液的散热性能进行模拟分析。

在冷却水套中,水流沿程压力的剧烈变化会使冷却水套产生气泡导致穴蚀,故进口与出口的压力差值(即压力损失)越小越好。如图3所示,尽管浓度不同,冷却液在水套中的压力分布趋势却基本一致:总体压力分布均匀,结构突变处和进、出口压力损失较大。对水套进行切片,得到其内部压力损失(图4),发现水套底部的压力几乎不变,而顶部的分布趋势为从左至右压力逐渐减小,从而产生局部压力损失。而横梁处结构紧凑,面积较小,局部压力损失对其造成的危害较大,进而影响水套的冷却性能,其余结构突变处也会产生类似影响,故需降低结构突变处的热负荷和热疲劳,要求冷却液在结构突变处的流速达1m/s以上。

通过仿真得到溶液在进出口的压力损失,将其绘制成图5发现:向基液中添加纳米粒子后,压降会略微上升,在2%浓度时达最大值;之后随着比例增大,压降减小。但总体分析相差并不大,2%与5%浓度的纳米溶液,其压降之差为100Pa,这说明浓度变化对压降的影响比较小。

如图6所示,基液与1%纳米液的传热系数对比显示分布趋势大致相同,而1%纳米液的传热系数值明显较大。由图7亦可发现:水套顶部两端拐角处的传热系数明显高于其他部位,整体而言左半部分的传热系数比右半部分小(进口处的传热系数明显小于出口处),说明传热系数在结构突变处和靠近出口处的数值较大,快速传递热量以降低热负荷。由图8可见:添加纳米粒子后,冷却液在水套顶部的传热系数从3 500增至4 210W/(m2·K),并在2%浓度时达到最大值4 280W/(m2·K),满足发动机的散热要求。冷却液在水套底部的传热系数变化趋势与其在水套顶部的变化一致。继续添加纳米粒子则会减小传热系数,5%时甚至不如基液。这是因为:传热系数的值随黏度减小或热导率增大而增加;向基液中添加纳米粒子后,极大提高了热导率,故1%纳米液的传热系数有极大提升;1%~2%时,黏度略微增大,与热导率相比,黏度增幅较小,相互作用下,传热系数有轻微增大;继续添加纳米粒子使得溶液黏度急剧增大,此时热导率的增幅较小,故传热系数减小。

如图9所示,水套底部的流速分布比较均匀且较小,进、出口的流速相比底部有所增大;而在水套顶部,由于此处接近燃烧室,热负荷大,故顶部平均流速较大。在结构突变处的流速大于水套底部的值。这些结论清晰地展现在图10中,并且还可发现冷却液在靠近水套内壁时的流速较大。横梁区处的流速亦高达2.5m/s,实现快速降温,降低热负荷。图11反映了不同浓度下冷却液在水套中的流速值,所有浓度下流速均大于0.5m/s,满足工程要求。从图11发现,浓度增大时流速略有减小。经计算可得,顶部处基液与5%纳米液的流速差值为0.033m/s,而底部处的流速差值仅为0.07m/s。这说明浓度增大并不会导致流速剧烈变化。

通过分析,发现纳米粒子提高溶液的冷却性能是通过增大其传热系数实现的,而对流速和压降的影响并不大。纳米粒子虽对增强冷却效果有作用,但并非没有限度,超过限度时会降低冷却性能。在本次分析中,发现2%浓度下纳米冷却液的冷却性能最佳。

2.2 工作温度的影响

发动机的工作状况会发生变化,这将导致工作温度的变化,从而影响冷却效果。本文中对20~120℃下1%浓度氧化铝纳米冷却液的冷却性能进行模拟分析,发现其性能变化较大,如图12所示。

由图12(a)可见,压降在80℃前随温度升高而增大,而在之后逐渐减小。不同温度下的差值不大,最小值(20℃)与最大值(80℃)相差400Pa。温度升高可减小黏度(表2),从而增大流速。由图12(b)可见,20℃与120℃之间的流速差值为0.363m/s。在发动机温度接近100℃时,散热能力迅速增大,对发动机进行快速降热,保证其正常工作。而高于100℃后,传热系数增幅减小但仍持续增大。其原因是热导率随温度升高而增大,黏度则随之减小,它们共同作用使传热系数明显增大。温度较低时,纳米冷却液的传热系数较低(图12(c)),有利于发动机的暖机作业。分析结果显示,氧化铝纳米冷却液的最佳工作温度为120℃,此时其传热系数和流速最大,而水套进出口的压力损失也可以接受。

3 结论

(1)相比于基液,氧化铝纳米冷却液的传热系数有较大提高,加入氧化铝纳米粒子后的压力损失和流量没有明显变化,表明氧化铝纳米颗粒通过提高传热系数以增强冷却性能。

(2)使用氧化铝纳米颗粒需要适量,2%浓度为最佳。纳米颗粒过多会降低冷却性能。

热电冷却LED散热系统性能实验 篇5

LED发光二极管 (简写为LED) , 是一种可将电能转变为光能的半导体发光器件, 属于固态光源。一般LED芯片是用固体半导体作为发光材料, 当两端加上正向电压, 半导体中的电子和电洞结合, 放出过剩能量而引起光子发射, 产生可见光。随着LED芯片输入功率的不断提高, 大耗散功率带来的大发热量及要求高的出光效率给LED的散热系统性能提出了更高的要求。

2 热电制冷技术分析

2.1 理论基础

热电冷却也叫半导体制冷, 是利用半导体材料的温差电效应———帕尔帖效应来实现制冷的一门新兴技术。为了说明珀尔帖效应, 先来看看下面的热电偶闭合环路的图1, 其中两种金属分别标记为材料X和材料Y。

当在两个节点T1和T2输入一个电压Vin, 回路中会产生一个相应的电流I。接头A处的热量会被吸收, 从而产生一个微弱的制冷现象, 而在另一个接头B处, 随着热量流入, 温度会升高。鉴于这个效应是可逆的, 所以如果将电流反向, 热流的方向也随之反向。随着电流的流动, 导体中同时也会产生焦耳热, 大小可以用I2R (R是电路中的电阻) 表示。这个焦耳热效应与珀尔帖效应相反, 将导致制冷器制冷效果的降低。

热电制冷作为一种新型的制冷技术, 得到了快速发展。热电制冷器 (TEC) 的实际应用伴随着半导体材料制造技术的发展取得了突破性的进展。如图2所示为半导体热电冷却器制冷原理示意图。

当电流从P型半导体材料流向N型半导体材料时, P型半导体中的空穴和N型半导体中的自由电子向接头处相向运动。进入P型半导体导带的自由电子立即与导带中的空穴复合, 产生的热量从接头处放出。由于这部分能量超过它们为了克服接触电位差所吸收的能量, 抵消后还是呈现放热。同理, P型半导体空穴进入N型半导体导带后立即与导带中的自由电子复合而放出热量, 这部分热量也超过为了克服接触电位差所吸收的能量, 最终结果是接头处温度升高而成为热端, 并向外界放热。相反, 当电流方向是N-P时, 接头处温度降低而成为冷端, 并向外界吸热[1]。

假设半导体材料的塞贝克系数口、总导热系数K和电阻R不随温度变化, 一个具有N个串联的p-n热电对, 工作电流为I的单级制冷热电堆的制冷量Qc和制冷系数COP可表示为:

从 (1) 式可以看出, TEC的热电制冷效应由三大效应组成, 其中, 珀尔帖效应αTcL使TEC在冷端吸热, 热端放热, 中间伴随着电流流过导体时焦耳效应1/2I2R产生的热量和冷热端温差所导致的傅里叶热传导效应K (Th-Tc) 。热电制冷量Qc为这三部分能量之和。

从热电制冷器的工作状态分析, 制冷系数最大运行方式和制冷量最大运行方式是热电制冷器的两种极端工作方式。制冷系数最大运行方式是变工作电压、变工作电流的运行方式;制冷量最大运行方式是一种恒工作电压、变工作电流的运行方式。在热电制冷器实际工作时, 冷热端温度不断变化, 热电制冷器一般工作在最大制冷系数和最大制冷量工况之间, 通常对供电电压不进行调节, 恒工作电压运行方式是最常用的一种运行方式。

2.2 性能特点

在一些只需涉及较低或者中等热量传输, 但是需要复杂控温的热控过程中, 热电制冷器可以提供很大的帮助, 而且, 在一些特定的情况下它是唯一的选择。尽管没有哪种制冷方式是万能的, 热电制冷器也并不能应用在所有的领域, 但是与其他制冷设备相比, 热电制冷器具有很多优势。其中包括:精确的温度控制、电子静音、点制冷等等。

3 热电冷却系统散热分析

3.1 系统散热性能分析

将实验所得数据进行对比分析, 可以看出当LED功率较小时, 用热电制冷器的降温效果十分明显;随着LED功率的增大, 降温效果越来越小;当LED功率达到40W时, 有和无热电制冷器的两种方案降温效果基本相同;而当LED功率达到50W时, 有热电制冷器的第三方案比无热电制冷器的第二方案降温效果还要差。LED功率达到40W或以上时, 使用热电制冷器的降温效果反而下降了, 只使用热沉+风扇的散热效果会更好。

3.2 热电制冷器散热性能分析

通过热沉+风扇+热电制冷器的散热模型, 可以得到热电制冷器在不同输入电流的情况下, 不同功率LED芯片的结点温度, 如图3所示,

可见, 热电制冷器的输入电流对LED芯片的结点温度也有很大的影响, 但随着热电制冷器输入电流的增加, LED芯片的结点温度不会一直降低, 在热电制冷器的输入电流小于3A时, 各功率的LED芯片的结点温度逐渐降低;而在热电制冷器的输入电流大于3.5A时, 各功率LED芯片的结点温度呈现升高趋势, 这就说明了热电制冷器的降温效果在逐渐减弱。此现象是由于热电制冷器工作时也会产生一定的热量, 当热电制冷器的热面与冷面之间的热交换不匹配时, 就不能达到很好的制冷效果。本实验所用的热电制冷器, 其最佳输入电流在3.0A~3.5A之间, 此时制冷效果最好。

4 结束语

在现有的研究成果基础上, 以热电冷却理论为指导, 结合热电冷却器的结构与性能特点, 设计出热电冷却的LED散热系统。通过实验, 利用单一热沉、热沉+风扇、热沉+风扇+热电制冷器这三种散热模型对LED芯片的散热情况进行测试, 研究了热电制冷器在不同输入电流下和LED在不同功率下的芯片结点温度分布情况。结果表明:当LED功率较小时, 用热电制冷器的降温效果十分明显, 随着LED功率的增大, 降温效果逐渐减弱;热电制冷器的输入电流存在一个最优值, 使得其制冷效果达到最佳。

参考文献

[1]朱冬生, 雷俊禧, 王长宏, 等.电子元器件热电冷却技术研究进展[J].微电子学, 2009, 39 (1) :94-99.

[2]杨清德, 康娅.LED及其工程应用[M].北京:人民邮电出版社, 2007.

[3]Charles A.Harper.编著.沈卓身, 贾松良.译.电子封装材料与工艺[M].北京:化学工业出版社, 2006.

[4]徐德胜, 刘贻苓, 何颋文.半导体制冷与应用技术[M].上海:上海交通大学出版社, 1998.

[5]余建祖.电子设备热设计及分析技术[M].北京:高等教育出版社, 2001.

内燃机冷却水泵性能的自动检测 篇6

随着我国汽车制造业的蓬勃发展, 其关键配套部件——内燃机冷却水泵 (汽车水泵) 的产量也随之增加, 生产厂家日渐增多, 水泵的性能检测日益重要。对内燃机冷却水泵而言, 水泵的各项性能参数是决定其产品质量的最主要因素, 所以内燃机冷却水泵性能检测系统对控制产品的质量尤为重要。这也是汽车整车厂及发动机厂家要求内燃机冷却水泵配套企业必须具备的产品性能检测设备, 并作为其进入汽车行业供应链起码的资质条件。以往的内燃机冷却水泵性能检测, 通常采用人工读数, 参加测试过程的检测人员至少需要4人, 工作效率太低, 根据内燃机冷却水泵性能检测的实际情况与特点, 我们设计了一套内燃机冷却水泵性能自动检测系统, 应用该系统只需1名检测人员就可以完成水泵的性能试验, 为实验室试验和生产企业产品检验提供了可行的试验方法与手段。

(二) 内燃机冷却水泵性能自动检测系统总体设计

内燃机冷却水泵性能自动检测系统是以微型计算机为核心, 采用VB高级语言编程, 对水泵性能试验过程进行自动控制、自动采集试验数据和计算处理试验数据的检测系统。其总体设计方案见图1。

1.系统主要功能设计

内燃机冷却水泵性能试验包括水力性能试验与汽蚀试验。水力性能试验主要是测试水泵在不同转速下的流量、扬程和轴功率, 并绘制扬程、轴功率、泵效率与流量之间关系的曲线图。汽蚀试验是水泵在规定的转速、流量下, 测定扬程和汽蚀余量 (NPSH) , 并绘制扬程与汽蚀余量的关系曲线图。因此系统的设计应实现以下主要功能:

(1) 对试验过程的自动控制功能, 包括:自动调节流量, 自动加热, 并能保持水温恒定, 自动变频调速并保持恒定。

(2) 对试验数据的自动采集和处理功能。

2.系统的硬件设计

内燃机冷却水泵性能自动检测系统参照标准JB/T8126-1999《内燃机冷却水泵》设计, 主要由水力性能闭式回路试验装置、汽蚀性能试验装置、自动恒温装置、自动变频调速装置、水泵工装夹具、计算机系统、电气控制单元、传感器及仪表系统组成。可用于各类内燃机冷却水泵的性能试验, 可测定水泵在模拟工作状态下的流量、扬程、轴功率、效率及汽蚀余量等水力性能参数。

(1) 系统试验台方案设计

内燃机冷却水泵性能自动检测系统试验台装置采用闭式回路 (见图2) , 通过对各系列内燃机冷却水泵的技术参数的归纳与计算, 确定了贮水罐、回路管径的大小以及电磁流量计、压力变送器、转矩转速仪等和各类仪表的型号与参数。内燃机冷却水泵试验转速通常有2000、2500、3000、3500、4000r/min等几种, 试验电机采用三相交流伺服电机或变频调速电机, 能在600～6000r/min范围内工作。

(2) 仪器、仪表硬件配置

流量测量选用一台电磁流量计, 可以适用测量较宽的流量范围;扬程测量采用电容式压力变送器, 测量入口、出口压力, 精度要求在0.2级以内;轴功率测量方法, 采用扭矩测功法, 用扭矩仪同时测量输出功率和转速, 测量精度要求达到0.5级。

配置的传感器及仪表系统见表1:

(3) 计算机系统配置

主机:586以上的微型计算机

显示器:19寸彩色显示器

打印机:HP系列打印机, 可打印A4纸

3.系统的软件设计

软件采用微软公司的VB软件面向对象的可视化视窗结构语言进行编程, 界面采用下拉式菜单, 操作简单, 使用方便。软件系统能对水泵试验过程中的参数进行自动采集、计算, 并能以中、英文形式打印出试验报告;根据试验项目的要求, 进行试验曲线的拟合、平滑、外推、内插, 并绘制各种试验曲线;能按有关技术标准, 对水泵的性能合格与否进行判定;必要时, 能对试验台误差进行分析和估算;系统能自动建立试验数据库, 可随时查询、排序、统计、比较。试验数据在仪表和主机显示屏上均有显示, 可以在电脑上直接控制电机, 电磁阀, 变频器的动作 (见图3) 。

运行内燃机冷却水泵性能自动检测软件需要用户在电脑硬盘上安装以下的支持软件:

(1) 系统支持软件

WINDOWS XP/WINDOWS 2000操作系统 (或以上)

EXCEL9.0

(2) “内燃机冷却水泵性能自动检测软件包”的组成文件 (略)

4.内燃机冷却水泵性能的自动检测过程

系统以微型计算机为核心通过接口实现对内燃机冷却水泵的试验过程的实时控制, RS232通信控制器直接与主机进行命令和数据的传送。计算机通过各种外部设备与试验人员交换信息, 记录并保存试验数据, 绘制试验曲线, 打印试验报告。计算机对试验数据的采集是通过配有RS232接口的可程控二次仪表、一次传感器实现的。计算机对试验过程的控制经两条路径实现:通过输出控制器、中间继电器, 控制强电配电柜的各种交流接触器和继电器的通断, 调节电压及流量, 实现对试验台的各种开关或执行机构进行控制。也可通过接口向阀门伺服放大器送去4～20mA的模拟量信号控制阀门的开度达到调节流量的目的。

(1) 试验准备阶段

在试验开始前, 应先打开系统的自动恒温装置加热, 水温维持在恒定的80℃±2℃。待测汽车水泵的额定参数 (流量、扬程、转速、功率等等) 、试验项目及与之相应的试验条件、仪表系数 (20Nm扭矩传感器、压力表等) 用计算机系统下拉窗口菜单方式设定, 人工键盘输入。

(2) 启动及预运转阶段

启动的基本过程是:接通接口和操作台总电源、各仪表电源, 启动机组, 送4～20mA的模拟信号, 控制阀门开度, 将流量调到额定值, 进入预运转。

(3) 试验阶段

试验可分为人工控制、开环控制和闭环控制三种形式。如果汽车水泵采用闭环控制试验, 事先设定7个工况点, 主机首先根据试验项目的要求进行试验工况的调整, 调至所需转速3500r/min, 通过输出控制器发出控制命令, 使流量调节阀动作, 调节流量的大小到需要值为止。主机发出数据采集命令, 全部或部分收集各种参数, 并对数据进行计算, 处理后存入内存和磁盘, 同时送输出打印和屏幕显示, 再进入下一个工况点的调节。重复上述过程, 直至所有需要的工况点全部做完为止, 完成试验。

(4) 试验数据的处理阶段

在此阶段, 系统执行数据处理程序, 完成逐点计算、曲线拟合、插值、打印试验报告、绘制特性曲线等工作, 并根据需要生成文档如库备查。图4为水泵试验结果形成的性能曲线图。

(三) 结论

应用现代的自动控制技术, 将内燃机冷却水泵的性能检测过程通过计算机进行集中管理和运算, 实现整个测试过程和数据运算过程的自动化, 达到自动调节试验过程, 自动采集试验数据, 自动运算测试结果, 打印试验报告和绘制水泵性能曲线。自动判别水泵合格与否, 并根据需要打印出来, 使水泵检测方便快捷, 准确可靠, 充分保证了检测工作的质量和提高了工作效率。检测人员通过培训, 可以熟练掌握该系统的应用。该套内燃机冷却水泵性能自动检测系统已成功运用于各生产企业的产品检测和专业类质检站中, 提高我区内燃机冷却水泵自动化检测水平, 提高了工作的效率, 进而提高内燃机冷却水泵的整体质量, 对企业产品的质量控制有积极意义。

摘要：汽车制造业在我国的迅速发展, 内燃机冷却水泵检测技术也得到了长足的进步。随着计算机技术的广泛应用, 计算机技术也应用到内燃机冷却水泵性能检测当中。内燃机冷却水泵性能的自动检测, 不仅提高了工作效率, 对产品的质量控制也具有积极意义。

关键词：内燃机冷却水泵,自动检测,质量控制

参考文献

[1]JB/T8126-1999, 内燃机冷却水泵[S].

[2]GB/T3216-2005, 回转动力泵水力性能验收试验1级和2级[S].

螺纹钢轧后快速冷却性能研究 篇7

广钢股份连轧厂在引进先进轧机的同时也引进了比利时CRM公司的TEMPCORE工艺, 即在轧机机列出口侧设有一条先进的水淬火线, 对某些钢种使用CRM 特殊工程设计, 降低钢的化学成份, 利用轧后快速冷却提高棒材的机械性能。

1 快速冷却装置参数

快速冷却装置全长24m, 高压喷嘴 (见图1) 分为3个规格, 其中10～20mm共用一个规格、22～28mm共用一个规格、30～40mm共用一个规格。3台增压泵将冷却水通过300mm主管送到水冷线旁, 通过分水管将冷却水从水箱底部送进水箱, 再通过水箱将水送进高压喷嘴。高压喷嘴分为正喷和反喷两种, 结构一样, 喷嘴出水的方向相反。单线轧制时水箱上面装一个高压喷嘴、依此类推四切分时装4个高压喷嘴。为了确保高压冷却水不喷到水冷线外面, 在水冷线端部安装一对反向喷嘴, 因此水箱同样也分为正向水箱和反向水箱。快速冷却装置布置见图2。

2 各种钢种的合金成本

为了保证不同牌号钢材的标准要求, 采用不同成分的钢坯生产HRB335 (三级) 钢材、HRB400 (四级) 钢材、BS460 (英标材) 。根据统计, 各种钢种的合金消耗量与成本见表1。

由表1可得BS 460钢坯冶炼合金每吨成本为160.2元、HRB335钢坯冶炼合金每吨成本为252.6～263.2元、HRB400钢坯冶炼合金每吨成本为366.2～686.7元, HRB335钢坯冶炼合金成本与BS 460钢坯冶炼合金成本每吨相差92.4～103元、HRB400钢坯冶炼合金成本与HRB335钢坯冶炼合金成本每吨相差113.6～423.5元。根据成本对比, 如果能够采用BS 460钢坯生产HRB335钢材、采用HRB335钢坯生产HRB400钢材, 那么生产成本会大幅下降。

3 试验结果

3.1 快速冷却后钢材的性能

对直径为12mm、14mm、16mm、20mm、22mm、25mm、28mm的螺纹钢采用C20MnSi钢坯轧后快速冷却工艺试轧HRB335牌号钢材、采用N20MnSi2钢坯轧后快速冷却工艺试轧HRB400牌号钢材进行研究, 试验结果见表2。

表2统计数据表明:通过轧后快速冷却试生产的所有规格螺纹钢的力学性能都能满足国标HRB335及HRB400钢筋的性能要求;部分HRB400钢筋试样的屈服强度超过抗震钢筋的屈服强度要求;若生产HRB400E抗震钢筋, 则对水冷工艺参数进行微调即可。

3.2 快速冷却后钢材的焊接性能

为了了解快速冷却后螺纹钢的焊接性能, 对ϕ12mm、ϕ16mm、ϕ25mm 3个规格的钢材进行焊接后力学性能试验, 结果见表3。

表3数据表明:焊接后, 力学性能相对偏低, 个别样没有明显屈服点, 个别样处于边缘。

3.3 热轧螺纹钢焊接与非焊接性能对比

为了进一步了解焊接与非焊接后力学性能的差别, 在生产ϕ25mm热轧三级螺纹钢时取样做焊接和非焊接力学性能对比试验, 结果见表4。

表4对比数据表明:正常的热轧三级螺纹钢焊接后屈服强度比非焊接屈服强度下降30～50MPa, 并且两个焊接样中有一个样没有明显屈服点。

3.4 快速冷却后金相组织

对快速冷却后的HRB335、HRB400两个牌号的钢材进行金相分析, 结果表明:HRB335牌号试样的外层组织为F+回火P、内部组织为F+P、激冷层厚度为0.3mm;HRB400牌号试样的外层组织为回火S、内部组织为F+P、激冷层厚度为0.5mm。

4 结论

(1) 轧后快速冷却螺纹钢性能符合产品标准性能要求, 只要控制得当, 钢材表面金相组织与自然冷却的一样, 同样为珠光体。

(2) 焊接后力学性能的下降是正常的, 快速冷却的钢材与自然冷却的同样可能存在屈服点不明显的现象, 生产时只要预留焊接后下降力学强度, 就可以保证焊接后的力学性能符合标准要求。

(3) 如希望在快速冷却生产HRB400钢材时不出现回火S组织和尽量降低激冷层厚度, 可以考虑添加微量的铌、钒合金。

(4) 采用轧后快速冷却工艺, 钢坯冶炼合金成本下降、产品性能符合标准要求, 切实可行。

摘要：针对螺纹钢合金成本过高给生产经营造成压力问题, 通过对螺纹钢轧后快速冷却性能进行研究, 实现将低合金成分的钢坯轧制出综合性能符合国家标准的热轧螺纹钢, 从而大幅降低螺纹钢生产成本。

关键词：螺纹钢,快速冷却,钢材性能

参考文献

[1]杨忠毅.实用轧钢技术手册.北京:冶金工业出版社, 1997.

冷却性能 篇8

近期, 中国科学院金属研究所科研人员研发了1种化学冷却工艺, 优化了能够改善水冷螺纹钢表面氧化皮组成和处理液的结构化学配方, 能显著提高热轧螺纹钢防锈性能。一系列大气腐蚀评价试验均表明, 该化学冷却螺纹钢的防锈性能明显好于水冷螺纹钢。

螺纹钢是建筑行业用量最大的钢材产品。我国2008年的螺纹钢产量和消费量均已接近1亿t, 约占钢材总产量的1/6。螺纹钢的力学性能直接决定建筑结构的安全性和耐久性, 目前发达国家已采用400MPaⅢ级螺纹钢, 我国仍主要使用335MPaⅡ级螺纹钢。

为提高我国建筑安全标准, 建设部已明确规定要以高强度Ⅲ级螺纹钢逐步取代Ⅱ级螺纹钢。与微合金强化和控轧控冷强化相比, 采用轧后水冷强化技术生产Ⅲ级螺纹钢虽然具有显著的低成本特点, 但产品在储运过程中容易生锈, 造成外观质量差而导致销售困难, 这会给企业带来经济损失。同时, 直接使用带锈螺纹钢会降低混凝土整体结构的性能, 而使用前除锈又将增加成本和工序。因此, 在低成本下提高水冷螺纹钢的防锈性能的新工艺将产生显著的经济和社会效益。

冷却性能 篇9

在开式冷却水系统中, 水与外界相接触, 运行一段时间后, 空气中的污染物如灰尘、杂物、可溶性气体以及细菌等, 均可进入循环冷却水系统。随着冷却水的不断循环、蒸发, 水中的营养源随之增加, 促使藻类微生物迅速繁殖, 不仅使冷却水水质恶化, 而且还和其他杂质掺混形成粘垢, 同时还会出现盐分的浓缩现象[1], 使循环设备管道腐蚀、结垢, 造成换热器传热效率降低, 过水断面减小, 甚至使设备管道腐蚀穿孔, 从而降低了制冷设备的使用寿命。而在干湿两用冷却塔中, 采用翅片管换热器, 盘管将冷却水和空气隔开, 被冷却水在盘管内流动, 避免了水与空气直接接触, 管内水质较好, 有效地保护了制冷机, 提高了制冷机的工作效率, 延长了制冷机的使用寿命。并且在过渡季节, 可以将湿式运行切换到干式运行, 用空冷的方式满足运行要求。

1 干湿两用冷却塔的理论分析

1.1 工作原理

干湿两用冷却塔是一种双工况运行的冷却塔, 其原理为夏季通过喷淋水的蒸发以冷却盘管内的水, 即湿工况。关闭喷淋水采用室外空气直接冷却, 即干工况, 如图1所示。

这种冷却塔由翅片换热盘管、风机、循环水泵、喷嘴等部分组成, 传热部分是一个由翅片换热盘管组成的蛇形换热盘管组, 管组装在由型钢和钢板焊制的立式箱体内, 箱体最底部为一个蓄水池。由工艺设备或冷凝器等出来的温度较高的冷却水, 通过冷却水泵加大压力输送到干湿两用冷却塔的翅片换热盘管中, 在沿换热盘管自上向下流动。喷淋水用循环水泵压送到换热盘管的上方, 经喷嘴喷淋到换热盘管上面。

干湿两用冷却塔内共有三种流体, 分别为冷却水, 喷淋水和空气。空气自下向上流动, 喷淋水自上向下流动。环形翅片管将循环冷却水与喷淋水通过翅片管壁隔开, 管外喷淋水的蒸发冷却使得管内循环冷却水降温[2], 如图1所示。喷淋水一部分蒸发, 另一部分被底盘收集循环。管组外表面的温度高于进口空气的温度, 它们之间产生显热交换。喷嘴在管组的外表面形成水膜, 微小的水滴蒸发成水蒸气, 和管组内部的水产生潜热交换, 风机的作用使水蒸气迅速随空气排出系统。由此, 蛇形管组内的高温循环冷却水与空气发生显热和潜热交换, 以较低的温度排出蛇形管组[3]。冷却盘管内温度较高的水通过对流的方式将热量传给盘管的内表面, 这部分热量再依靠导热的方式由盘管的内表面传到盘管的外表面。由于冷却盘管的外表面喷淋水, 落到冷却盘管的外表面上, 利用对流换热和蒸发换热将这部分热量传递到空气中[4]。而天气气温较低时, 将喷淋水关闭, 水在管中流动, 空气在管外流动, 由于水不直接和空气接触, 水和空气的传热为非接触传热, 所以只有显热交换。因此, 这种冷却塔适用于水源紧缺、气温较低的地区, 它具有节能、环保等优点, 受到人们的广泛关注。

1.2 换热机理分析

通过理论分析, 热交换公式为:

Q1=w水c水 (T进-T出) (1)

Q2=UAΔTm (2)

Q3=w空气c空气 (t2-t1) (3)

式中:Q1—管内流体失去的热量;

w水—管内侧被冷却流体水的流量, kg/s;

c水—管内侧被冷却流体水的比热容, kJ/ (kg·℃) ;

T进—水的进口温度, ℃;

T出—水的出口温度, ℃;

Q2—换热器的传热量;

U—总传热系数, kW/ (m2·℃) ;

A—总传热面积, m2;

ΔTm—对数平均温差, ℃;

Q3—空气得到的热量;

w空气—空气流量, kg/s;

c空气—空气的比热容, kJ/ (kg·℃) ;

t1—空气进口温度, ℃;

t2—空气出口温度, ℃。

这三个方程式是本文的立足点, 通过研究分析这三个方程式之间的关系, 达到即满足干式的冷却要求, 又满足湿式的冷却要求。在通常情况下, 这三个基本方程式都是相等的, 但为了同时满足湿式和干式工况冷却能力, 需要考虑Q1与Q2的大小关系。根据这三个基本方程式, 将相关条件及参数代入后, 通过计算和分析来达到同时满足冷却能力的效果。

湿式时的总传热系数U湿:

undefined

式中:U湿—从管内流体到气液界面的总传热系数, kW/ (m2·℃) ;

hi—管内流体水的对流换热系数, kW/ (m2·℃) ;

A0—单位管长的总外表面积, m2;

Ai—单位管长的管内面积, Ai=πDi, m2;

D0—外管径, m;

Di—管内径, m;

Am—单位翅片管对数平均直径为准的表面积, undefined;

Ae—单位管长的有效表面积, m2;

λ基—基管管材的导热系数, kW/ (m·℃) ;

hl—喷淋水的对流换热系数, kW/ (m2·℃) 。

干式时的总传热系数U干:

undefined

式中:U干—总传热系数 (以管外表面积为准) , kW/ (m2·℃) ;

h0—管外侧对流换热系数, kW/ (m2·℃) ;

hi—管内侧对流换热系数, kW/ (m2·℃) ;

r0—管外侧污垢系数, (m2·℃) /kW;

ri—管内侧污垢系数, (m2·℃) /kW;

rf—翅片热阻, (m2·℃) /kW;

rb—基管和翅片管的接合热阻, (m2·℃) /kW;

Alm—基管的对数平均表面积, undefined;

Afm—翅片管的对数平均表面积, undefined;

A*0—基管和翅片管接合部分的表面积, A*0=πD0, m2;

tls—基管的厚度, undefined

tfs—翅片管的厚度, undefined。

对数平均温差ΔTm:

因为本文采用逆流方式, 因而对数平均温差可表示为:

undefined

式中:ΔTmax— (T进-t2) 和 (T出-t1) 大者;

ΔTmin— (T进-t2) 和 (T出-t1) 小者。

2 翅片管的筛选

经过综合比较, 本文采用钢铝复合翅片管, 钢铝复合翅片管制造工艺先进, 它是钢和铝管复合在专用机床上轧制而成, 使钢基管与铝翅片结合紧密, 它具有热阻小、传热性能好、强度高、流动损失小、防腐蚀性能强、工作寿命长等优点。与光管相比, 在消耗金属材料相同的情况下具有更大的表面积, 从直观看属于第一次强化传热, 但实质上换热面积增大的同时带来了传热系数的提高, 达到二次强化传热的目的。其特点就是能有效增加传热面积和增大传热系数, 并且比较容易制造并保证操作的稳定性。经过综合分析比较, 本文选用国内某公司生产的钢铝复合翅片管, 基管为钢, 翅片为铝, 采用错列布置。钢铝复合翅片管的形式和尺寸如图2所示。

3 设计算例

为了使干湿两用冷却塔同时在干工况和湿工况下满足冷却能力, 并找到干湿工况的界限温度, 在此举出一具体算例进行分析。

设计工况采用上海地区夏季标准设计工况, 干球温度为T干=34.4℃, 湿球温度为T湿=27.6℃, 冬季干球温度为T干=5.6℃。要将设计流量w水=150m3/h的冷却水从进口温度T进=35℃冷却到出口温度T出=30℃, 选用双金属翅片管换热器翅片管长L=3.8m, 宽度为5.447m, 管内径Di=23mm, 外管径D0=25mm, 翅片根部径Db=26.4mm, 翅片外径Df=57mm, 翅片节距t=4mm, 翅片高度Hf=15.3mm, 翅片厚2yb=0.4mm, 翅片管间距ST=SR=61.6mm。λ钢=0.053kW/ (m·℃) , λ铝=0.203kW/ (m·℃) 。

选用的管排数N为18排, 管内侧程数nt, pass为9程。根据选定的翅片尺寸通过计算得到翅片管总外表面积A=5928.25m2, 管内流体失去的热量Q1=w水c水 (T进-T出) undefinedkW。

在湿工况下, 气温较高, 干湿两用冷却塔的性能主要受环境湿球温度的影响, 通过计算得出湿式工况下的总传热系数U湿=0.2068kW/ (m2·℃) , 对数平均温差ΔTm, 湿=2.88℃, 因此Q2, 湿=U湿AΔTm, 湿=3530.77kW, 大于Q1=875kW, 所以在湿工况下满足冷却能力。

而在干式工况时, 也就是气温较低的气候条件下, 干湿两用冷却塔的性能主要受环境干球温度的影响, 湿球温度的影响较小, 因此环境设计干球温度更为关键。空气进口温度为5.6℃, 空气自下向上横掠翅片管换热器, 等到空气流到出风口时, 由于携带热量, 温度必然上升, 那么空气出口温度的确定就显得至关重要。通过最佳温升计算式undefined进行试算并且验证, 得到空气出口温度t2为19.319℃, 进而计算出干式工况下的总传热系U干=0.0382kW/ (m2·℃) , 对数平均温差ΔTm, 干为19.72℃, 所以Q2, 干=U干AΔTm, 干=4465.77kW, 大于Q1=875kW, 因而也满足冷却要求。

界限温度由公式Q1=U干AΔTm, 干求得, U干受温度的影响不大, 可以忽略微小变化, 从-10℃～25℃通过计算U干取平均值得到U干=0.03825kW/ (m2·℃) , 因为Q1=875kW, A=5928.25m2, 因此ΔTm, 干=3.86℃, 即undefined, 再通过最佳温升公式经过试算得到界限温度t1为27.16℃。

4 结论

干湿两用冷却塔能否在两种工况下同时满足冷却要求, 在很大程度上取决于盘管结构是否具有良好的设计, 以及所采取的计算方法是否有效。

从对以上算例分析得到的结果来看, 对于干湿两用冷却塔在湿式工况运行时, 按照所给公式依次进行计算, 最终计算结果证明能够达到冷却要求。而在干式工况运行进行校核时, 合理确定空气出口温度是判断是否能满足冷却要求的关键, 最终得到干湿两用冷却塔在干湿两种工况下都能满足冷却能力要求。在界限温度确定出来后可以得出结论, 在上海地区一年当中喷淋水开启的时间比较短, 根据上海近几十年以来每月的平均温度来看, 在七八月开启喷淋水, 而其他月份以空冷的方式运行比较合适。

摘要：分析干湿两用冷却塔的工作原理, 结合热交换公式和所选用的翅片管换热器, 在具体设计算例的要求下对干式工况和湿式工况的冷却能力进行比较, 经过试算找到干湿工况运行的界限温度, 通过分析得到一些有价值的结论, 为干湿两用冷却塔的研制及优化运行提供了参考依据。

关键词：干湿两用冷却塔,湿工况,干工况,出口温度,界限温度

参考文献

[1]Baker, D.R., Shryock, H.A.Com prehensive approachtothe analysiso cooling towerperformance[J].Joumal of HeatTransfer, 1961, 83:339-350.

[2]李永安, 尚丰伟.空调用封闭式冷却塔的研制与性能实验[J].通风除尘, 1997, (2) :30-32.

[3]李永安, 尚丰伟.新型封闭式冷却塔[J].中国给水排水, 1998, (2) :61.