闭式冷却塔内冷却盘管传热热阻分析

　　闭式冷却塔内，盘管内冷却水与管外喷淋水通过管壁进行热量交换。冷却水侧换热热阻、管壁和污垢的导热热阻、以及喷淋水侧换热热阻串联构成热量交换的总热阻。盘管的换热性能好坏与总热阻有关，热阻越小，换热量越大。对于盘管的换热来说，要找出哪些热阻对盘管换热的影响大;增大管壁的导热系数可以增加换热量，但是选择哪种材料才最符合性价比呢;增大对流换热系数能增加换热量，但增大哪一侧换热系数换热效果更显著。下面将就这些问题进行讨论，对盘管的各种热阻进行数量级估算。

　　1 盘管总热阻

　　在盘管内，冷却水和喷淋水之间被管壁分开，冷却水在管内流动，喷淋水在管外流动，如图1所示。由于流体中的杂质在管的内、外表面析出、沉积形成厚度分别为δi、δ0的垢层，其导热系数分别为λi、λ0，则ri=δi/λi，r0=δ0/λ0，分别叫做管内和管外的污垢热阻。如果考虑微小长度dx，则^[1]：

　　在稳定状态下通过的热量Q相等，因为污垢物质的厚度通常很小，所以污垢物质层的直径可以近似认为等于管内径和管外径，上面公式[1]则有

　　如果管外表面积为A0，则

　　所以(2)式可改写为

　　式中，R为换热总热阻，m²⋅K⋅W^-1;K0为总传热系数，W⋅m^-2⋅K^-1;hi、h0分别为管内、管外的对流换热系数，W⋅m^-2⋅K^-1;ri、r0分别为管内侧、管外侧表面上的污垢热阻，m²⋅K⋅W^-1;δ为管壁厚，m;λ为管壁材料导热系数，W⋅m^-1⋅K^-1;di，d0分别为管内径、管外径，m;dm为管平均直径，dm=(d0-di)/ln(d0/di)，m。

　　当管壁很薄，而且导热热阻小于其他热阻时，可以认为d0/di=1，d0/dm=1，则式(4)可简化为

　　上式表明，冷却盘管管两侧流体间传热的总热阻等于两侧流体的对流热阻、污垢热阻、管壁热阻之和。在工程实际中，每项热阻对传热系数 K 值所产生的影响是不相同的。

　　2 冷却盘管内各热阻的数量级分析

　　2.1 污垢热阻(r0，ri)

　　冷却盘管在运行中，由于冷却水、喷淋水中含有悬浮物质或杂质，在管壁表面上沉积形成污垢，影响传热。但由于污垢的种类、成分、性质等各不相同，很难精确得到污垢热阻的理论值，通常根据经验估计污垢热阻。根据文献^[2]，冷却水侧污垢热阻为ri=1.76×10^-4m²⋅K⋅W^-1，喷淋水侧污垢热阻为r0=1.76×10^-4m²⋅K⋅W^-1。

　　2.2 管壁热阻(Rw)

　　冷却盘管采用铜管和镀锌钢管两种材料，铜管厚度为0.4mm，镀锌钢管厚度1.2mm，铜的导热系数为385W⋅m^-1⋅K^-1，镀锌钢管的导热系数为50W⋅m^-1⋅K^-1，则管壁热阻通过Rw=δ/λ计算求得。