[发明专利]一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法

权利要求书

1.一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1：根据横流冷却塔热湿交换过程中空气的流动方向和冷却水的流动方向，将横流冷却塔两侧的填料简化为两个x-z二维换热模型，其中x方向为空气流动方向，z为冷却水的流动方向；

步骤2：将每个x-z二维换热模型等分成N*N网格，将每个网格作为一个热湿交换微元；

步骤3：建立热湿交换模型，随机选择一个N*N网格，采用热湿交换模型计算选择的N*N网格中每个热湿交换微元输出的水流状态和空气状态；所述水流状态包括冷却水的水温t_w和冷却水流量m_w；

步骤4：根据N*N网格中最后一行热湿交换微元输出的水流状态计算横流冷却塔的出口水温t_wo；该步骤4中的N*N网格为步骤3中选择的N*N网格；

步骤5：运行参数优化：计算t_wo与t_wo’之差的绝对值，t_wo’为横流冷却塔的出口水温的实测值，如果绝对值大于预设的第一阈值，则更新热湿交换模型；否则，以冷却塔、冷却水泵、冷水机组整体功耗最低为目的计算最优横流冷却塔出口水温，并基于最优横流冷却塔出水温度对横流冷却塔的风量进行优化调整；

步骤6：性能诊断：采用投运之初横流冷却塔无故障状态下的初始热湿交换模型计算在当前情况下横流冷却塔的出口水温t_w2，计算t_wo’与t_w2之差，如果差值大于等于预设的第二阈值，则认定横流冷却塔性能衰减；所述当前情况包括当前室外空气温湿度，横流冷却塔的风量，进入横流冷却塔的水流量以及进水温度。

2.根据权利要求1所述的一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法，其特征在于，所述步骤3中热湿交换模型为：

若某个热湿交换微元内空气含湿量X_a小于该热湿交换微元空气温度下的饱和空气含湿量X_sa时，则采用如下热湿交换模型计算该热湿交换微元输出的水流状态和空气状态，所述空气状态包括：空气质量流量m_a，空气温度t_a和含湿量X_a；

其中下标in表示输入，下标out表示输出，A、B、C为模型参数，表征冷却塔的传热传质性能，A、B、C的值由最小二乘法进行线性拟合后得到，M_w为横流冷却塔进口总冷却水流量，M_a为横流冷却塔进口总空气质量流量，c_pw为冷却水的定压比热容，c_pv为水蒸气定压比热容，c_pa为空气定压比热容，r₀为0℃时冷却水的汽化潜热；dx为空气流动方向的微元长度，dz为冷却水的流动方向的微元长度；X_sw为以水温为定性温度的饱和空气含湿量；

若某个热湿交换微元内的X_a大于等于X_sa时，则采用如下热湿交换模型计算该热湿交换微元输出的水流状态和空气状态：

3.根据权利要求2所述的一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法，其特征在于，在N*N个网格中，以j表示第j行，以i表示第i列，j＝1,2,…,N，i＝1,2,…,N；当j＝2,…,N，i＝2,…,N时，采用热湿交换模型对第j行第i列热湿交换微元进行空气状态和水流状态计算时，输入至该热湿交换模型的空气状态为第j行第i-1列热湿交换微元输出的空气状态，输入至该热湿交换模型的水流状态为第j-1行第i列热湿交换微元输出的水流状态；当j＝1，采用热湿交换模型对第1行第i列热湿交换微元进行空气状态和水流状态计算时，输入至第1行第i列热湿交换微元的冷却水流量为M_w与两个N*N网格中第一行微元总数2N之比，输入至第1行第i列热湿交换微元的冷却水水温为输入至横流冷却塔的冷却水水温；当i＝1，采用热湿交换模型对第j行第1列热湿交换微元进行空气状态和水流状态计算时，输入至第j行第1列热湿交换微元的空气质量流量为M_a与2N之比，输入至第j行第1列热湿交换微元的空气温湿度为输入至横流冷却塔的空气温湿度；

采用热湿交换模型进行计算时，计算顺序为：先沿着空气方向计算完某一行后，再沿着冷却水的水流方向进入下一行进行计算。