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    组件 111:自然通风冷却塔
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    组件 111: 自然通风冷却塔(Merkel)


    规格

    管道连接 

    1

    空气进口

    2

    空气出口

    3

    冷却水进口

    4

    冷却水出口

    5

    补给水进口

    6

    排污

    7

    烟气进口(可选)

    8

    用于性能系数(PACKPERF - 作为 h)或 T4 的控制进气口

     

    通用       用户输入值s       应用物理公式       显示       示例

     

    通用

    组件 111 模拟了一个带有对流湿式冷却区的自然通风冷却塔。湿冷却区模型基于默克尔(Merkel)方程(例如 VDI 热图谱,Mj 部分)

     

    从第 11 版开始,这种冷却塔有了识别模式。标志 FIDENT 允许控制是否

    • 计算冷却水出口温度 T4 (FIDENT = 0)
    • 冷却水出口温度 T4 被指定,空气流量被计算(FIDENT = 1)
    • 冷却水出口温度 T4 被指定,并计算默克尔数(FIDENT = 2)。
    也可以指定一个风向修正。

    另外,可以为整体特征系数 C、性能系数 K 和风向修正指定一个内核表达式。

    现在默克尔冷却塔也可以在 INTMAT 模式下使用(将材料数据整合到方程系统中)。因此,对于包含这些组件的模型,也可以进行材料数据的调整。

    注释

    有一个性能系数 PACKPERF,通过它可以模拟出冷却塔性能的变化。该参数可通过逻辑线访问,因此有可以对它进行调整。

     

    关于 T4 规格的说明:


     

     

    用户输入值

     

    FFU

    开关(开/关)

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 关闭(无空气计算,输入冷却范围 DT34N = T3 - T4)

    =1: 开启

    DT34N

    冷却范围(仅适用于FFU = 0)

    FMODE

    计算模式(设计/非设计)

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 全局

    = 1: 局部非设计

    =-1: 局部设计

    FIDENT

    识别模式:

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    = 0: 不识别,T4 由组件计算。

    = 1: T4 被指定在管道上,组件调整空气流量,以达到这个温度。

    = 2: T4 被指定在管道上,组件调整Merkel系数,以达到这个温度。

    FWETZONE

    用于湿区模式的开关:

    湿区的设计使用一个特征参数 WETZONE。FWETZONE 开关决定了这个参数应该如何解释:

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: PWETZONE 被解释为出水温度(T4)。默克尔系数由此计算出来。这是默克尔的主方程对水温的积分。积分极限是湿区的进水和出水温度。

    =1: PWETZONE 被解释为空气进口处湿球温度(TWB1)和出水口温度(T4)之间的冷却温差(接近温度)。因此,湿球温度是冷却极限温度(由一个无限大的区域可达到的温度),因为水的蒸发会导致额外的低于空气进口温度的冷却。该温度近似值也被称为冷却极限距离。它通常被设定为 5K,在实践中可发现冷却极限距离在 4K 和 7K 之间。T4 是由冷却极限距离决定的,然后是默克尔数,例如 FWETZONE = 0。

    =2: PWETZONE 被解释为默克尔数(Me)。在这种情况下,要找到水的出口温度作为积分极限,从而使梅克尔主方程的积分给出需要的梅克尔数。

    =3: PWETZONE 被解释为 NTU("传递单元数")。得到默克尔数 Me = NTU * AWR,其中 AWR 为空气/水比率 AWR = M4 / M1_dry。然后根据默克尔数计算出水出口温度,(FWETZONE = 2)。

    PWETZONE

    湿区参数 

    冷却水出口温度 T4(对于 FWETZONE = 0

    湿区冷却温差(对于 FWETZONE = 1

    默克尔数(对于 FWETZONE = 2

    (对于 FWETZONE = 3)物理关键字 NTU (无尺寸),定义:NTU = (k*A / (m * cp)

    AWR

    干燥空气/水比率,设计

    FPACKFACT

    整体(打包)特征系数 C 的标志(非设计)      

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 内部由规格值决定

    =1: PACKFACT= Port_8.P/(1 bar)

    =2: 表达式 EPACKFACT

    PACKFACT

    整体(打包)特征系数(C),非设计

    EPACKFACT

    整体(打包)特征系数(C)的表达式

    evalexpr:REAL;
    begin // TODO: 计算返回值并设置为 val。evalexpr:=1.0;
    end;

    PACKEXP

    整体(打包)特征指数(M),非设计

    FPACKPERF

    性能系数的规格,非设计

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 内部由规格值决定

    =1: PACKPERF= Port_8.H/(1 kJ/kg)

    =2: 表达式 EPACKPERF

    PACKPERF

    整体(打包)特征性能系数(K),非设计

    EPACKPERF

    PACKPERF 的表达式
    evalexpr:REAL;
    begin // TODO: 计算返回值并设置为 val。evalexpr:=1.0;
    end;

    FMERKEL

    梅克尔方程的开关

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 标准默克尔方程

    =1: 扩展梅克尔方程

    FHUM

    处理湿区出口湿度

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 湿区出口相对湿度由用户输入

    =1: 湿区出口相对湿度计算得来

    PHI2

    湿区出口相对湿度(FHUM = 0)

    DRIFT

    漂移损失份数

    FCIRC

    水循环类型的开关

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 封闭式循环。通过参数 COC 来确定补水和清洗流速

    =1: 开放式循环。没有补水和清洗流量

    COC

    闭式循环中的浓度循环

    警告:

    根据 VGB R 455 P

        COC = 补水/清洗水 = Z/A

    这是一种简化,它对组件 111/112 无效,因为这里的计算是考虑到漂移损失(DRIFT)后盐类浓度的实际增加。

    FSTACK

    烟囱模式的开关

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 输入压降

    =1: 输入烟囱高度

    PSTACK

    烟囱参数

    压降 (FSTACK = 0)

    有效烟囱高度 (FSTACK = 1)

    FCFWIND

    指定风校正系数         

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 无

    =1: 值 CFWIND

    =2: 值 CWTDT

    =3: 气流系数 = Port_8.M/(1kg/s)

    =4: 冷却水出口偏差 = Port_8.M/(1kg/s)*(1K)

    =5: 特征线查询 CWINDAIRFLOW,风速 x = Port_8.M/(1kg/s)*(1m/s)

    =6: 特征线查询 CWINDCWTDT, 风速 x = Port_8.M/(1 kg/s)*(1 m/s)

    =7: 表达式 ECFWIND 修正气流(系数)

    =8: 表达式 ECFWIND 修正冷却水温度(偏移)

    CFWIND

    气流的风修正系数

    CWTDT

    冷却水出口的风修正温度偏移(dt)

    ECFWIND

    风修正系数表达式

    函数 evalexpr:REAL;
    var val:real;
      internals:array of InternalValue;
      n:integer; i:integer;
      WindSpeed:real; comp111:
      ebscomp111;

    begin
      internals := keGetInternals();
      n := length( internals );
      { for i := 0 to n-1 do 
      begin println( internals[i].name, ": ", internals[i].value );
      end; }

      if (n > 0) then WindSpeed:=internals[0].value; 
      comp111 := ebscomp111(keGetComp);
      if comp111.FCFWIND = 7 then
      begin val:= 1; // Factor
      end
      else
      begin
         val := 0; // offset
      end;
      // println( "Return Value: ", val );

      evalexpr := val;

    end;

    FHYBRID

    混合模式开关      

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 关闭

    =1: 手动输入

    =2: 设置烟羽形成余量(冷却温差)

    MGNPLUME

    烟羽形成余量(FHYBRID = 2)

    FHX

    换热器模式开关 

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    =0: 关闭

    =1: 实效(有效性)

    =2: 温度变化,Hybrid = 1 激活

    =3: 面积

    PHX

    换热器参数

    如父工况(子工况为可选项)

    表达式

    实效(有效性)(如果 FHX = 1)

    温度变化(如果 FHX =2 )

    面积(如果 FHX = 3)

    WATRAT

    干燥区/总水量-流量比

    AIRRAT

    干燥区/总空气-流量比

    KAIR

    空气侧传热系数

    KWAT

    水侧传热系数

    FOUL

    脏污系数

    PLGASEXP

    非气侧设计指数

    PLWATEXP

    非设计水侧指数

    HXFRAC

    换热器的有效份额(非设计)

    AWRN             

    空气与水的比率(标称)

    MERKELN     

    默克尔数(标称)

    DP12N            

    空气侧压降(标称)

    HSTACKN     

    所需的烟囱高度(标称)

    RHO1N           

    环境空气密度(标称)

    PHI1RAT        

    环境空气湿度比

    PHI2RAT       

    空气出口湿度比

    RHO2 

    空气出口密度

    M2N                

    出口空气流量(标称)

    MDRYWZ       

    湿区干空气质量流量

    MAIRHXN      

    换热器空气质量流量(标称)

    MWATHXN    

    换热器水的质量流量(标称)

    KNAIR            

    空气侧传热系数(标称)

    KNWAT          

    水侧传热系数(标称)

    AHX 

    换热器面积

    VMSTACK     

    烟囱体积流量

    标记为蓝色的数值是非设计计算参考量。在所使用的公式中,实际的非设计值参考这些量。

    一般来说,所有的输入需要可见。通常会提供默认值。

    更多关于输入域的颜色和描述的信息,请参见编辑组件\规格值。

    关于设计值与非设计值以及标称值的更多信息,请参见通用\接受标称值。

     

     

    特征曲线

     

    特征线 1, CWINDAIRFLOW: CF(空气质量流量) = f (风速)

    CF = 修正系数

     

        X-轴             1         风速                         第一 点
                            2          风速                        第二 点
     
                           .
     
                          N         风速                         最后一 点
     
        Y-轴             1          CF (空气质量流量)              第一 点
                             2          CF (空气质量流量)             第二 点   
                             .                                                                .
                                    CF (空气质量流量)              最后一 点

     

    特征线 2, CWINDCWTDT: dT( 冷却水温度) = f (风速)
                       

     

        X-轴                      风速                                          第一 点
                            2          风速                                          第二 点

     
                            .
     
                          N          风速                                          最后一 点

        Y-轴             1          dT (冷却水温度)           第一 点
                             2          dT (冷却水温度)          第二 点
                                                                       .
                                    dT (冷却水温度)           最后一 点

                         


    物理应用

    自然通风冷却塔由四个区域组成,如下图所示。这些区域是湿式冷却区、干式冷却区、冷却塔盆和烟囱。

    干式冷却区可以由用户激活(FHYBRID)。在设计模式下,干到湿的冷却份额的分配将由干区和湿区之间的空气和水流量比、湿区大小和换热器大小来设定。

    干区的物理学是根据正常的空气-水交叉流动换热器的规则来描述的,湿冷区的物理学是根据默克尔方程的规则来描述的。

    湿区的部分负荷性能是梅克尔数的特征,是干空气与水比率的函数。

    一个通风模型描述了烟囱高度、烟囱进口条件(即冷却区的空气出口温度)和空气的关系。作为一个特殊的功能,可以添加烟气来增加通风量。

    湿区

    设计:

    给定水出口温度:

    通过默克尔方程积分,将计算出默克尔数。

    给定默克尔数:

    找到相应的出水温度以获得所需的默克尔数。

    非设计:

    通过关系:Me = MeDesign * K * C * (AWR / AWRDesign)m 当前默克尔数将被计算出来。然后由求解器找到对应这个默克尔数的出水口。K、C 和 m 被定义为 PACKPERF,PACKFACT 和 PACKEXP

    梅克尔方程积分:

    如果湿区出口湿度由用户设定(FHUM = 0),则可以通过数字正交来确定默克尔数。应用来自 TOMS; TRANSACTIONS ON MATHEMATICAL SOFTWARE, VOL. 17, NO. 4, DECEMBER, 1991, PP. 457-461 的 699 算法。

    如果计算湿区出口湿度(FHUM=1),就需要解一个常微分方程系统。这里使用了5阶的 Runge-Kutta 方法(Dormand-Prince)。

     

    换热器

    换热器采用 NTU-Effectiveness (NTU-有效性) 方法建模为单通道换热器。 (VDI Wärmeatlas (VDI 热力图谱), Section Ca; Compact Heat Exchangers; by W.M. Kays and A.L. London)

    传热系数的非设计关联

    对空气侧:

    k 气体非设计 = k 气体设计 *(v 气体非设计 / v 气体设计)m1 (默认 m1 = 0.8, m1 对应于 PLGASEXP))

    对水侧:

    k 水非设计= k 水设计 *(v 水非设计 / v 水设计)m2 (默认 m2=0.8, m2 对应于 PLWATEXP)

    水的密度被认为是恒定的。

     

    烟囱和空气流动

    设计:

    在设计模式下,空气流量将由参数 AWR 决定。压降和所需的烟囱高度 H 之间的关系由如下:

    其中 rho = 密度,g = 引力常数

    非设计:

    在非设计模式下,压降可以通过以下公式计算:

    干区和湿区的空气流量可以通过以下公式确定:

    其中 A = 横截面积:

    消掉  得到最终的空气流量非设计方程:

     

     


    组件显示

    组件显示 1

    示例

    点击 >> 组件 111 示例 << 加载示例。