1. 設計的主要參數(shù) 設計的氣象參數(shù)按上海頻率為5 %的晝夜平均干、 濕球溫度作為依據(jù)。

干球溫度：θ=31.5 ℃；

濕球溫度：τ=28 ℃；

大氣壓力：P a =753m m H g ；

進塔水溫：t 1 =37 ℃；

出塔水溫：t 2 =32 ℃；

進、出塔水溫差：Δt =5 ℃，為標準型低溫塔；

冷卻水量：Q =100m3／h ；

噪聲：≤ 62dB （A 聲級）；

冷幅高：t 2 -τ=32 ℃-28 ℃=4 ℃；

冷卻熱負荷：冷卻1kg 水降低1 ℃水溫，放出1kcal 熱量（即空氣吸收1kcal 熱量），則100m3／h 水降低5 ℃放出的熱量總量為5 ×105kcal／h ，就是說提供的風量（空氣量）G應吸收5 ×105kcal／h 熱量。 2. 熱力計算：

（1 ）計算相對濕度：

式中可見：知道風量G 可求氣水比λ 值，或知道λ值可求G 值。在冷卻塔測試中，風量G 是實測得到的，故可直接求得λ值；在冷卻塔設計中，空氣與水的重量比λ值，對于t 1 -t 2 =Δt =5 ℃的低溫塔來，一般λ在0.5～0.9 之間，常規(guī)、常溫（低溫）冷卻塔根據(jù)設計經(jīng)驗為0.70 左右。λ值也常用下式計算：

βxv 的物理意義在第4 章中已闡述，表示單位容積淋水填料（V ）在單位焓差（Δi m ）的推動力作用下所能散發(fā)的熱量。在冷卻塔其他因素不變的條件下，βxv 越大，冷卻塔散熱能力越大，塔的體積可小；或者塔的體積不變，則冷卻水量可增加。

我國設計的冷卻塔，其βxv 值一般均≥ 10000kg／（m3 ·h ），少數(shù)接近于10000kg／（m3 ·h ）。日本設計的塔，βxv 值較小，僅要求βxv ＞ 8000kg／（m3· h ）。因此，嚴格來說，日本的標準和要求比我國低。這里計算所得的βxv =12841kg／（m3·h ）偏高，此塔的熱力性能是較好的。

在一定的淋水填料和塔形條件下，冷卻塔本身具有的冷卻能力，稱為冷卻塔的特性數(shù)，常用N′（或Ω′）表示。在冷卻塔設計中，還應計算冷卻塔本身具有的特性數(shù)，來校核是否滿足理論計算值的要求。

N′（或Ω′）=βxv ·V ／Q

它與淋水填料的特性、幾何尺寸、散熱性能以及氣水比等有關。特性數(shù)N′（或Ω′）越大，則塔的性能越好。冷卻塔熱力性能的計算，就是要使生產(chǎn)上要求的冷卻任務N（或Ω）與設計的冷卻塔的冷卻能力N′（Ω′ ）相等，即為：

此式中的βxv 值并不是前述的計算所得，是與含濕量差有關的淋水填料的容積散質(zhì)系數(shù)表達式，國內(nèi)外均采用下式計算：

按此式計算所得的βxv 值再代入N′ =βxv ·V ／Q 中。

式中 g——空氣流量密度（kg／（m3 ·h ））；

q——淋水密度（kg／（m2·h ））；

A、m、n——試驗常數(shù)，不同填料其值不同。

淋水填料試驗所得的特性數(shù)為：

N′（Ω′）=A′·λ m A′、m——不同填料所得的試驗常數(shù)。

采用塑料斜波交錯（簡稱“斜交錯”）淋水填料，規(guī)格為55 ×1215 ×60°-1000 型，其試驗所得參（常）數(shù)為： A′=1.55、m =0.47、氣水比λ=017 代入得： N′（Ω′）=1.55 ×0.700.47 =1.31 則N′=1.31 ＞ N =1.0322 ，實際的交換數(shù)大于設計計算的交換數(shù)，故是安全的，能保證設計所要求的冷卻效果。 Q =100000kg、V =0.785 ×D2 ×H =0.785 ×3.22 ×1 =8m3 。則：

=16385kg／（m3 ·h ）＞ 設計計算值12841kg／（m3·h ）

上述計算結果，冷卻塔本身具有的冷卻能力遠大于設計值，故是安全和符合要求的。但試驗塔所得的A′、m 等數(shù)受試驗條件的影響（如試驗裝置中空氣和水的分布比較均勻等），其值稍高于設計的實際使用冷卻塔，故特性數(shù)N′（Ω′）和βxv 值應高于設計計算值。但如果高得太多，則可適當調(diào)整設計參數(shù)，重新設計計算或另選淋水填料。

4. 通風阻力計算

通風阻力計算的目的是根據(jù)設計風量和風壓，確定風筒高度或選用風機。在冷卻塔的工作條件下，風機的風量決定于冷卻塔的全部空氣動力阻力，而這一阻力等于風機的全風壓。風機的工作點以風機的特性曲線與冷卻塔的空氣動力阻力性能曲線的交點來表示。

通風阻力計算分經(jīng)驗公式和同型塔實測數(shù)據(jù)計算兩種。在冷卻塔設計計算中，基本上均采用經(jīng)驗公式計算。機械通風冷卻塔內(nèi)通風總阻力等于各部件阻力的總和按式（7-1 ）計算。

各部件的阻力計算以下：

（1 ）進風口阻力H 1

設進口平均風速為：V 1 =2150m／s ， 總進風量（空氣量） 為G =62000m3／h =17.22m3／s 。 阻力系數(shù)ξ1 =0.55 ，空氣表觀密度γg =1.134kg／m3

上述得： H =ΣH i =0.2 +0.06 +0.133 +0.0074 +4.65 +0.0073 +0.143 +0.74 +0.351 +2.12 =8.412mm H2O

按風量G =62000m3／h 和計算所得的通風阻力為H =8.412mmH2O ，風機直徑 =2000mm ，選擇有關風機（玻璃鋼風機或鋁合金風機等）。按式（7-21 ）計算電動機額定功率（k W ）。

5. 配水系統(tǒng)設計計算

配水系統(tǒng)的設計，要求達到冷卻水在整個淋水填料面積上配水均勻，以達到較好的冷卻效果。

本例題的冷卻水量僅為100m3／h ，故采用管式配水中的旋轉管布水進行設計計算，設計計算的步驟為：

1 ）根據(jù)配水流量和開孔孔徑及孔距計算孔口前水壓；

2 ）計算水平推力和旋轉力矩；

3 ）計算配水管末端線速度與旋轉速度。

（1 ）基本數(shù)據(jù)：

流量：Q =100m3／h

旋轉布水器直徑（長）：D =3100mm

布水旋轉管根數(shù)：n =6 根，每根DN =65m m

（2 ）配水管設計

沿水平方向在旋轉管上開孔，孔口與水平呈45°角（向下傾角），孔口中心距為150m m ，孔口直徑 為=17m m ，單孔面積為f =0.785 ×（0.017 ）2 =0.000226856m2 ，單孔流量為q =Q／n =0.0277／60 =0.000462963m3／s ，孔口流速V =q ／f =0.000462963／0.000226856 =2.041m／s 。

開孔總面積為：F =0.000226856 ×60 =0.0136119m2 。

（3 ）噴前管內(nèi)水壓計算

61 冷卻塔基本尺寸的確定：

塔體內(nèi)徑：Φ =3200m m ；

風筒內(nèi)徑：Φ2 =2100m m ；

進風口（窗）高度：h 1 =700m m ；

填料高度：h 2 =1000m m ；

填料頂至配水管下緣：h 3 =300m m ；

配水管下緣至收縮段：h 4 =300m m ，其中包括12.5m m 的除（收）水器高度。

收縮段高：h 5 =700m m ；

風筒高：h 6 =600m m ；

塔體總高度：H =Σhi =4650m m 。

淋水填料及收（除）水器：

采用塑料斜波交錯填料，規(guī)格為55 ×1215 ×60°-1000 型，片厚為δ=0.2～0.3m m ，比表面積為330m2／m3 ，空隙率為0.96～0.95 ， 波紋傾角60°， 每層高為250mm （25cm ），共4 層為1000m m 。

除水器選用普遍采用的單（或雙）波塑料（或玻璃鋼）收水器，用鋼筋穿孔、螺母固定連接。

進、出塔水管：

選用鋼管或球墨鑄鐵管，進水管直徑為D N =150m m ，則過水斷面積為0.785 ×（0.15）2 =0.017663m2 ，Q =0.0277m3／s，得管內(nèi)流速V1 =Q／f =0.0277／0.017663 =1.573m／s 。

出塔管可選用與進塔管直徑相同，如選用DN =200m m ，則過水斷面積為0.0314m2 ，管內(nèi)流速V 2 =0.885m／s 。

7. 水泵需要的壓力（揚程）H ：

水泵所需要的揚程（壓力）有以下部分組成： H =H 0 +Σ h s +Σh d +h （7-35 ）

式中 （1 ）H 0 是熱水池最低水位至塔內(nèi)配水管的凈高度，稱凈揚程；

（2 ）Σh s 是從水泵吸水管至壓水管整個管路長度沿程水頭（壓力）損失的總和；

（3 ）Σh α 是指水泵吸水管及壓水管上底閥、單向閥、閘閥、彎頭、三通、漸縮管等局部壓力損失的總和；

（4 ）h 是富余水頭（壓力），中、小型塔一般考慮4～6m 。

現(xiàn)假定條件與有關參數(shù)以下：

設地面標高為±0.00 ，水泵在熱水池吸水的最低水位為-3.50m ，冷卻塔設在二樓平頂上，平頂標高為+6.60m ；管路長度見平、立圖中標出的尺寸（圖7-14 ），按管路總長度計算沿程水頭損失；局部阻力損失依序為吸水管底閥、閥門、單向閥、四只90°彎頭、分配管入口、孔眼出口等。現(xiàn)分別計算以下：

（1 ）凈揚程H 0 ： 最低水位距地面為3.5m ，地面至二樓頂為6.6m ，二樓頂至配水管高度為（1 +0.7 +1 +0.3 ）=3.0m ，則得凈揚程為： H 0 =3.5 +6.6 +3.0 =13.1m

（2 ）沿程水頭（壓力）損失h s ： 假設水泵吸水管徑與壓（出）水管管徑相同，均為D N =150m m ，則沿程管徑、流量、流速均沒有變化，就不存在分段計算，就簡便了。 按平、立圖計，管路的總長為： L =Σl =4.0 +6.5 +7.5 +7.0 +3.0 =28m

其水力坡度計算水頭損失的計算公式為：

按式（7-40 ）、（7-41 ）公式計算已制成鋼管、鑄鐵管水力計算表；按式（7-42 ）公式計算已制成鋼管、鑄鐵管A 值表。一般設計計算時，不按上述公式進行計算，而是根據(jù)Q、 DN、V 查水力計算表得1000i 換算而得。

現(xiàn)Q =100m 3／h =27.778L／s

式中 ξ——局部阻力系數(shù)（查表）。其他符號同前。

4 ）水泵入口hd4 ： 水泵入口ξ=110 ，因入口DN 小1～2 檔，以DN =100 計，V 1 =0.02778／0.785 ×（0.1 ）2 =3.54m／s

根據(jù)上述計算得hd 為： h d =Σh di =0.76 +0.025 +0.95 +0.64 +0.363 +0.067 +1.25 =4.055m 考慮管道系統(tǒng)的腐蝕、結垢等使粗糙系數(shù)n 值增大及計算漏項等誤差，故選擇泵時考慮安全富余水頭為4m ，則水泵所需要的揚程（壓力）為： H =H 0 +Σh s +Σ h α +4 =13.1 +1 +4.055 +4 ≈ 22.2m 即為2.22kg／cm2 。

選用IS100 -80 -100A ，單級單吸懸臂式離心泵，其主要參數(shù)為：在高效段范圍內(nèi)，Q =58～112m3／h ，H =27～22m ，當Q =100m 3／h ，H =23m 。

電機功率：N =11k W ，型號：Y160 M1-2 η=77 %，轉速n =2900r／min 。

（5 ）風機電機功率計算：

采用水輪機推動風機轉動，則可節(jié)省2.2k W 。計算得N =2.2k W ，則選用電動機功率應N ＞ 2.5k W 。