水蒸发冷却原理 

所谓蒸发冷却，就是液体的自由表面与任何一种气体或几种气体的鼓风式物直接接触时，由于热质交换的共同作用使液体得到冷却。冷却塔就是利用了蒸发冷却的特性而使水冷却的设备，冷却塔中水的热量通过热质交换传给了空气。水与空气之间热传递的主要方式有下面几种rn(1)水与空气的接触散热。即靠导热和对流来传热，该热M 只能从温度高的一端向温度低的一端传递。可表示为 dQ=a(t一O)dF (2一1)式中。—接触传热系数，kJ/ (m2·h·℃); t—水体的温度，℃; B—空气的气温，℃; dF—水与空气的接触面积，m2, (2)水的表面蒸发。即部分水变为水蒸气进入空气中，带走 水中的热量。可表示为式中)一水的汽化热，kJ/kg; dg-—水的蒸发量，kg/h。

还有一种热量的传递方式为辐射传热，这部分传热在冷却塔里较小可忽略。

鼓风式冷却塔根据物质的动力学理论，表面蒸发是由水分子的热运动引起的，由于分子运动的不规则性，水体内各个水分子的运动速度变化很大，变化围绕平均速度剧烈波动。一部分水分子有足够克服内聚力的动能，可以从自由表面水层内逸人空气中，这部分分子与空气分子及自身相互碰撞，一部分分子又返回到水面被水吸收，一部分由于空气对流与扩散而从水体中永久失掉，而从水体中失掉的水分子所消耗的能量即为水的汽化热。水的蒸发量取决于逸出与重新被水吸收的分子数量之差。当两者数量相等时，即处于水与空气的热量交换平衡状态.这时分子逸出量与被吸收量相等，与水蒸气压力成正比。

式((2一5)中的凡是靠近水面的水蒸气向与离水面较远处扩散与对流的比例系数，只与空气的流态有关，在一定的条件下与蒸发达到平衡.蒸气压力p:大小除与空气中的水蒸气的对流与扩散有关外，还与水面的蒸发量有关，即与K有关，也就是与of有关.而of与水的成分有关，对于其他的液体，如四抓化碳、苯接近于1;对于纯水，of值接近1;鼓风式是盐类与水的溶液，of值小于1，所以，蒸发量较纯水低。由式(2一5)与式((2一s)可看出，只要水体的水蒸气压力大于空气中的水蒸气分压力，甚至在水的表面温度低于空气温度情况下，表面蒸发现象就可能发生。因此，表面蒸发与水的温度高于或低于空气的温度无关。此时所产生的物质流动，即:我们通常所说的传质，是由水的表面流向空气的，蒸发时物质相变需要消耗能量，因此，蒸发就能使水得到冷却。接触传热产生的热流则是另一种情况。蒸发冷却时，传质是由水传向空气的，与传质不同，接触传热的热流可以是水传向空气，也可以是空气传向水。这种接触传热的热流流向取决于水和空气中何者温度高。当气温低于水温时，蒸发与接触传热两个过程都是使水向着冷却的方面进行的。此时，水面向空气的总传热量等于蒸发与接触传热的总和。当气温等于水温时，水与空气之间没有温度差，接触传热量等于零，蒸发传热还可进行。此时，水面向空气的总传热量等于蒸发传热量。当气温高于水温时，接触传热是从空气向水传递的，如果没有蒸发，水不但不会被冷却，反而会被加热。而实际上是水蒸发带走的热量大于空气传给水的热量，水还是会被冷却的。此时，水面向空气的总传热量等于蒸发传热减去接触传热量。上述过程一直继续到从空气传向水的热量等于蒸发所需要的热量时为止(此时水的蒸气压力与空气的蒸气分压力差减小，蒸发量也减小，蒸发传热也减小).当水表面的温度等于空气湿球温度时，水的表面温度即停止下降。这时达到一个动态平衡状态，无论是空气向水传热还是水向空气传热.都不会停止。

从以上情况看，水的蒸发冷却是一个复杂的过程，它与一般的热交换不同，在这个过程中，蒸发传热即传质，在一定条件下起着主要的作用。水的散热量不仅取决于水与空气的温度，还取决于水与空气的蒸气压力差。此时，水与空气的传热传质是相互联系的。当水蒸发冷却时，在水体温度下降的同时，空气的温度可能上升，也可能下降。水可能被冷却到大大低于空气的最初温度，这就是蒸发冷却所具有的独特特性。