橫流塔填料高度變化對(duì)冷卻數(shù)影響的分析

王霄琳

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東德州 253008）

0 引言

橫流塔是現(xiàn)代工業(yè)體系的重要組成部分，也是當(dāng)前熱能損失較大的區(qū)域，對(duì)橫流塔開(kāi)展熱量回收工作的研究能夠進(jìn)一步提升工藝體系的環(huán)保水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的節(jié)約利用，達(dá)成多種應(yīng)用成效。橫流塔中的填料高度，是影響橫流塔功能的重要影響因素，而冷卻數(shù)是橫流塔能量變化的重要參考系數(shù)，開(kāi)展橫流塔填料高度和冷卻數(shù)的科學(xué)研究，能夠進(jìn)一步助力橫流塔領(lǐng)域創(chuàng)新工作的實(shí)施和開(kāi)展，為現(xiàn)代能源體系的穩(wěn)步建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 橫流塔的研究現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，橫流塔的應(yīng)用與研究迎來(lái)新的改變和突破。首先，橫流塔的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)和變化，已經(jīng)成為工業(yè)體系的重要組成部分，許多科研人員為實(shí)現(xiàn)高壓蒸餾和技術(shù)改造等需求，不斷提升橫流塔的冷卻效率。橫流塔又稱為橫流冷卻塔，其冷卻功能和冷卻效率是評(píng)價(jià)橫流塔的重要指標(biāo)。在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，需要根據(jù)不同的填料方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的冷卻目標(biāo)，如復(fù)合填料塔成為當(dāng)前領(lǐng)域中的代表?，F(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域中，復(fù)合填料塔的設(shè)定，結(jié)合多效塔內(nèi)配件，可以實(shí)現(xiàn)良好的熱傳導(dǎo)效應(yīng)，提升填料塔處理能力和分離效率。同時(shí)，針對(duì)填料塔的填料情況，開(kāi)展相關(guān)內(nèi)容的研究，成為行業(yè)研發(fā)的重要任務(wù)。流化床填料塔是橫向流化塔的重要代表，是基于高流速氣流和液體的運(yùn)動(dòng)需求而研發(fā)的塔體，該塔能夠借助底部提供的壓力，降低填料床流化的難度。一方面，橫流塔填料高度需要與塔的高度相契合，特別是流化床填料塔；另一方面，不同類型的塔對(duì)應(yīng)的功能需求存在一定差異，需要在應(yīng)用過(guò)程中考慮相關(guān)因素帶來(lái)的影響。

2 橫流塔填料高度的影響因素

橫流冷卻塔近年來(lái)得到較為顯著的改變和創(chuàng)新。借助現(xiàn)代科學(xué)設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用，一方面能夠?qū)M流冷卻塔進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的溫度監(jiān)控和物料管理，所有的監(jiān)管工作無(wú)需人工參與，能夠最大程度保障數(shù)據(jù)監(jiān)督的精準(zhǔn)性和有效性；另一方面能夠最大限度降低科研人員的壓力和負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)的橫流冷卻塔科學(xué)研究需要借助多種熱力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算，尤其是填料高度、填料深度、空氣密度、淋水密度和風(fēng)速等一系列參數(shù)的影響，需要科研人員開(kāi)展大量的計(jì)算和分析。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)的計(jì)算工作已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，利用計(jì)算機(jī)和測(cè)算軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)高效計(jì)算和分析。因此，針對(duì)橫流冷卻塔填料高度與冷卻數(shù)的影響，借助現(xiàn)代化的研究方法，能夠得到更加精準(zhǔn)、詳細(xì)的結(jié)論，在降低科研難度的同時(shí)，還能夠進(jìn)一步對(duì)橫流冷卻塔進(jìn)行改造和升級(jí)。

3 橫流塔填料高度的計(jì)算模型

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，AutoCAD、Vensim、Maya、SketchUp等三維軟件的應(yīng)用，能夠?qū)M流塔進(jìn)行建模處理。

首先，為了進(jìn)一步研究橫流塔填料高度與冷卻數(shù)之間的影響，可以設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)化的橫流冷卻塔，以固定高度開(kāi)展相應(yīng)的研究，通過(guò)設(shè)置3 種不同高度的橫流冷卻塔，能夠最大限度還原塔體高度，實(shí)現(xiàn)計(jì)算數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化和高效化。橫流冷卻塔高度是冷卻數(shù)計(jì)算領(lǐng)域的重要影響因素，根據(jù)現(xiàn)代熱力學(xué)的計(jì)算公式確定橫流塔高度，能夠?yàn)楹罄m(xù)的探究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，橫流塔的高度，既要滿足當(dāng)前橫流塔市場(chǎng)的基本需求，也要符合絕大多數(shù)橫流塔的基本情況，能夠通過(guò)一系列的研究和設(shè)定，為橫流塔的改造工作提供力所能及的幫助。

其次，橫流塔的填料高度在實(shí)際設(shè)定過(guò)程中，需要掌握其核心的數(shù)據(jù)，特別是填料方式和填料密度，需要在模型創(chuàng)建過(guò)程中進(jìn)行分析和研究，任何一項(xiàng)數(shù)據(jù)的偏差都會(huì)影響最后的試驗(yàn)結(jié)果。因此，在進(jìn)行橫流塔高度的研究過(guò)程中，需要將填料工作的具體情況進(jìn)行說(shuō)明，讓計(jì)算機(jī)充分掌握現(xiàn)有的情況和數(shù)據(jù)，為后續(xù)的計(jì)算工作打下基礎(chǔ)。

最后，三維模型的創(chuàng)建僅僅是復(fù)原橫流塔的基本情況，還需要將額外的影響參數(shù)同步輸入到軟件中，為橫流塔冷卻數(shù)的計(jì)算和分析提供依據(jù)。以風(fēng)速為例，其全稱為空氣重量風(fēng)速，是橫流冷卻塔重要的影響數(shù)據(jù)，也是橫流塔冷卻數(shù)據(jù)的重要代表，是塔內(nèi)熱力散發(fā)速度的重要影響因素。而在三維結(jié)構(gòu)圖中無(wú)法顯示，需要利用注釋的形式進(jìn)行說(shuō)明，強(qiáng)化其潛在的作用和影響。

4 橫流塔冷卻數(shù)的科學(xué)分析

基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的科學(xué)分析，結(jié)合橫流塔進(jìn)風(fēng)口面積和淋水面積等參數(shù)的影響，利用三維結(jié)構(gòu)模型開(kāi)展橫流塔冷卻數(shù)的研究和探索。冷卻數(shù)主要是指橫流塔的冷卻成效，是衡量橫流塔基本功能的重要指標(biāo)，同時(shí)也是橫流塔科研發(fā)展的重要內(nèi)容。計(jì)算機(jī)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)橫流塔模型的快速構(gòu)建，同時(shí)結(jié)合多種變量因素，有效把控橫流塔的變換情況，對(duì)橫流塔的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)分析。例如，當(dāng)橫流塔填料高度存在一定的變化區(qū)間，對(duì)應(yīng)的冷卻數(shù)則會(huì)出現(xiàn)多種變化。因此，開(kāi)展冷卻數(shù)的科學(xué)研究，能夠進(jìn)一步明確橫流塔的填料高度，減少和避免能源的浪費(fèi)問(wèn)題。

對(duì)橫流塔冷卻數(shù)進(jìn)行分析，需要掌握3 項(xiàng)參數(shù)對(duì)冷卻數(shù)的影響：①等汽水比時(shí)，填料高度和冷卻數(shù)的影響關(guān)系；②不同填料高度時(shí)，等汽水比和冷卻數(shù)的影響關(guān)系；③不同填料高度時(shí)，等汽水比回歸系數(shù)與冷卻數(shù)的影響。通過(guò)對(duì)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，結(jié)合計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)一步了解橫流塔填料高度對(duì)冷卻數(shù)的影響。

淋水密度不同，冷卻數(shù)會(huì)隨著填料高度的變化而變化，說(shuō)明汽水比固定后，橫流塔冷卻數(shù)與填料高度存在一定的影響，并且會(huì)伴隨填料高度的增加而增加。當(dāng)填料高度處于較低的設(shè)定值時(shí)，以小于5 m 為限定，其冷卻數(shù)增加速度有所下降；當(dāng)填料高度超過(guò)6 m 的設(shè)定，冷水?dāng)?shù)會(huì)隨著填料高度的增加而加快頻率，說(shuō)明填料高度在某一區(qū)間中，會(huì)強(qiáng)烈影響冷卻數(shù)的變化。其函數(shù)曲線變化圖是以先緩后陡的形式展現(xiàn)，當(dāng)水溫降低到某一固定值時(shí)，冷卻數(shù)則會(huì)出現(xiàn)較大的浮動(dòng)和變化。

不同填料高度時(shí)，等汽水比和冷卻數(shù)的影響關(guān)系，主要利用函數(shù)方式進(jìn)行計(jì)算和分析，并且結(jié)合不同填料高度，進(jìn)一步了解汽水比對(duì)冷卻數(shù)的影響。

利用計(jì)算機(jī)開(kāi)展2 種情況下的試驗(yàn)分析。試驗(yàn)1 是以等汽水比為核心，強(qiáng)調(diào)汽水比處于不變的基礎(chǔ)上，對(duì)填料高度進(jìn)行變更和調(diào)整，從而根據(jù)風(fēng)量和相關(guān)系數(shù)得出對(duì)應(yīng)的水溫，了解各個(gè)階段汽水比中不同填料高度測(cè)出的水溫?cái)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步說(shuō)明冷卻數(shù)與填料高度存在極為緊密的聯(lián)系。試驗(yàn)2 則根據(jù)不同的填料高度，有效改變汽水比的參數(shù)，以此分析不同高度對(duì)汽水比的影響。借助計(jì)算機(jī)設(shè)備和相關(guān)計(jì)算軟件，能夠快速得出相應(yīng)的結(jié)論，從而為橫流塔的日常工作提供重要的參考。

在試驗(yàn)1 中發(fā)現(xiàn)，橫流塔中汽水比與冷卻數(shù)存在正比關(guān)系，進(jìn)一步說(shuō)明填料高上部、高水溫、冷卻數(shù)存在一定的關(guān)聯(lián)性，說(shuō)明橫流塔內(nèi)部填料與水溫分布規(guī)律相一致，水溫會(huì)隨著填料高度的增加而增加。當(dāng)達(dá)到某一限定值時(shí)，水溫不再出現(xiàn)變化，說(shuō)明空氣焓達(dá)到最大值，處于飽和狀態(tài)。而在填料的下部，水溫的數(shù)據(jù)相對(duì)較低，說(shuō)明冷卻推動(dòng)力較小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)隨填料高度的變化而變化。因此，說(shuō)明汽水比對(duì)降溫起到了決定性作用。當(dāng)存在一定的風(fēng)量時(shí)，能夠加速空氣的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)溫度的有效控制，進(jìn)一步提高橫流塔的冷卻數(shù)[1]。

在試驗(yàn)2 中，基于計(jì)算機(jī)的設(shè)定，當(dāng)填料高度較小時(shí)對(duì)應(yīng)的熱力參數(shù)的變化相對(duì)較小。這是由于填料高度過(guò)低，汽水比變化程度較小，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的熱力數(shù)據(jù)相對(duì)較低。因此，針對(duì)熱力參數(shù)的分析，需要設(shè)定較高的填料高度，從而保證冷卻數(shù)隨著橫流塔的變化而變化[2]。因此，冷卻數(shù)的變化需要滿足對(duì)應(yīng)的變化區(qū)間和變化條件，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)論的有效性。

5 橫流塔填料高度的控制舉措

橫流塔填料高度的控制措施，首先需要控制填料的最低高度，需要滿足試驗(yàn)中的設(shè)定和標(biāo)準(zhǔn)，并且在進(jìn)行填料高度調(diào)整工作中，根據(jù)需求進(jìn)行變化。其次，在進(jìn)行冷卻數(shù)的研究工作中，需要控制水流量，對(duì)汽水的綜合影響效應(yīng)進(jìn)行分析和研究，防控汽水比過(guò)大帶來(lái)的影響。另外還需要對(duì)水溫進(jìn)行檢測(cè)和管理，防止填料高度過(guò)高導(dǎo)致水溫超過(guò)橫流塔的極限設(shè)定，造成能源浪費(fèi)。最后，在調(diào)整填料高度時(shí)還需要注意分支管路的影響，尤其是管道堵塞，引發(fā)降溫效果不足等一系列問(wèn)題。填料中的菌類在大量水汽環(huán)境中也會(huì)逐漸引發(fā)分支管道的堵塞問(wèn)題，需要對(duì)相關(guān)方面加以重視。最后，橫流塔填料高度的調(diào)控，需要結(jié)合用水量、電能供給量和企業(yè)的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)控，以獲得最佳的高度設(shè)定，把控相應(yīng)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)最佳的經(jīng)濟(jì)成效?，F(xiàn)代工藝領(lǐng)域的發(fā)展，需要橫流塔的填料高度設(shè)定，能夠起到節(jié)能減排的效果，有重要的環(huán)保意義和價(jià)值[3]。

6 結(jié)論

橫流塔的填料高度與冷卻數(shù)存在極為緊密的聯(lián)系和影響，需要在調(diào)控的過(guò)程中根據(jù)企業(yè)的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整和變更，確保能源損耗得到有效的控制，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，持續(xù)增加相應(yīng)的研發(fā)投入，提升橫流塔的能源節(jié)約比例，保障企業(yè)運(yùn)行生產(chǎn)的穩(wěn)定性，促進(jìn)橫流塔投料工作的高效和便捷。