[發明專利]一種基于傳熱的冷卻塔建模方法

有效

• 申請號: 202210977950.4
• 申請日: 2022-08-15
• 公開（公告）號: CN115292846B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 王中昊;周永誠;劉金福;于達仁;李文峰;李中華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;深圳利行科技有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江聯合專利商標代理有限公司 23213
• 代理人: 于歌

一種基于傳熱的冷卻塔建模方法，涉及冷卻塔建模技術領域。本發明是為了解決現有冷卻塔模型涉及迭代計算無法滿足優化需求，而能夠滿足優化需求的模型準確性差的問題。本發明所述的一種基于傳熱的冷卻塔建模方法，利用傳熱學理論，通過分析冷卻塔內傳熱熱阻及傳熱溫差，建立了基于散熱量的冷卻塔機理模型，與傳統模型所需進行大量迭代計算不同，該模型具有簡化的解析式，無需進行迭代計算；同時，將冷卻塔的幾何性質歸納為常數，僅僅只考慮冷卻塔出入口條件的變化，注重冷卻塔散熱量與空氣及冷卻水質量流量之間的關系，因此，該模型更加簡單，準確性更高，能夠滿足制冷機組運行優化過程中變參數求解的需求。

技術領域

本發明屬于冷卻塔建模技術領域。

背景技術

現代工業生產或建筑空調系統中存在著大量的制冷需求，而水冷機組因水的高比熱容以及無毒性等優勢被廣泛應用于制冷領域中。按照冷卻水是否循環使用，水冷機組又可分為直接水冷機組以及循環水冷機組，而后者在節約淡水以及減少水源熱污染方面具有顯著優勢。

循環水冷機組主要由三部分組成：換熱器、冷卻塔和水泵。其中，冷卻塔承擔了主要的散熱任務，其結構多樣，圖1為逆流式冷卻塔結構示意圖。逆流式冷卻塔在工作時，冷卻水在水泵作用下通過錐形噴嘴從冷卻塔上方噴淋而下，戶外空氣在軸流風機作用下自冷卻塔下方進入，并對冷卻水降溫后從冷卻塔上方流出，冷卻塔內壁面設置的大量填充物會增大冷卻水與戶外空氣的換熱面積及時間，以增強換熱效果，整個過程中包含了傳熱(冷卻水與飽和空氣傳熱)與傳質(空氣趨向飽和)過程。

近年來，在倡導低碳節能的大背景下，各行業中對制冷需求的進一步提升使制冷機組的節能優化問題顯得尤為重要，而冷卻塔作為制冷機組中的關鍵部分，在建模方面卻存在極大問題。

冷卻塔有兩大經典模型，分別為由Merkel提出的Merkel模型以及由Jaber和Webb提出的e-NTU模型。Merkel模型作出三條關鍵假設，使得冷卻塔問題簡化至得以計算，但這些假設也使Merkel模型無法準確描述冷卻塔內的傳熱、傳質過程。e-NTU模型基于與Merkel模型相同的假設，通過將e-NTU方法直接應用于冷卻塔方程，使得問題與傳統數值解法相比得到了進一步簡化。但是，這兩種模型在實際應用中具有明顯缺陷，如Merkel模型采用數值法求解，求解過程涉及到迭代計算，并且需提供冷卻塔幾何規范。e-NTU模型中關鍵參數UA的值隨冷卻水及空氣流量變化而變化，難以確定，并且同樣涉及到迭代計算，需提供初始條件、初始解以及冷卻塔幾何規范等。這些弊端使得這兩大經典模型在面臨冷卻塔運行優化問題時，因涉及迭代計算而無法滿足優化過程中變參數求解的需求。

目前，一些學者就冷卻塔建模方面還做了其他工作，但這些模型仍存在不足，如有些模型因涉及迭代計算而無法應用于優化問題求解；有些雖能給出解析式以滿足優化求解需求，但存在準確性較差等問題。

發明內容

本發明是為了解決現有冷卻塔模型涉及迭代計算無法滿足優化需求，而能夠滿足優化需求的模型準確性差的問題，現提供一種基于傳熱的冷卻塔建模方法。

一種基于傳熱的冷卻塔建模方法，包括以下步驟：

步驟一：根據對流換熱理論，獲得冷卻塔內水與空氣傳熱過程中水對流熱阻R_w以及空氣對流熱阻R_a的表達式：