Engineering
Kühlturm
Kühlen Sie das Kondensatorwasser einer Anlage, indem Sie es durch die Rieseleinbauten regnen lassen, der Luft entgegen, die der Ventilator nach oben saugt. Ändern Sie die Wärmelast, den Ventilator und das Wetter: Das Wasser wird nie kälter als die Feuchtkugeltemperatur der Luft, und an einem kalten, feuchten Tag steigt über dem Turm eine Nebelschwade auf.
Was passiert
Eine Kühlturmzelle von 3 × 3 m mit 1,2 m hohen Rieseleinbauten kühlt das Wasser aus dem Kondensator einer Anlage. Das Wasser fällt durch die Einbauten, und der Ventilator saugt die Luft durch sie nach oben; in jeder der zwölf Schichten nähert sich die Luft dem Zustand an der Wasseroberfläche: Ihre Wasserbeladung strebt mit der Zahl der Übertragungseinheiten h_d·a·V/q_a (q_a und q_w sind die Massenströme von Luft und Wasser) gegen die Sättigungsbeladung bei Wassertemperatur, ihre Temperatur gegen die des Wassers, wobei zusätzlich der Lewis-Faktor von 0,92 eingeht. Der größte Teil der Wärme geht in die Verdunstung eines kleinen Teils des Wassers; was die Luft an Enthalpie gewinnt, verliert das Wasser. Luft, die eine Schicht übersättigt verlässt, scheidet den Überschuss als Nebel aus. Im Kaltwasserbecken unter den Einbauten mischt sich das abgekühlte Wasser mit frischem Zusatzwasser und fließt zurück zum Kondensator.
Bei 600 kW Wärmelast auf 15 kg/s Wasser und Luft von 25 °C und 50 % (Feuchtkugeltemperatur 17,9 °C) pendelt sich das Becken bei 24,2 °C ein: Das Wasser wird um eine Kühlzonenbreite von 9,4 K abgekühlt, bis auf einen Kühlgrenzabstand von 6,5 K über der Feuchtkugeltemperatur, und 0,22 kg/s verdunsten – 0,15 % des Durchflusses je Kelvin Kühlzonenbreite. Die doppelte Wärmelast hebt das Becken auf 27,1 °C. Trockenere Luft kühlt stärker: Bei 15 % sinkt die Wassertemperatur am Austritt der Einbauten von 25,5 auf 23,0 °C, während die halbe Luftmenge sie auf 29,3 °C anhebt. An einem kalten, feuchten Tag mit 5 °C und 80 % verlässt die Luft den Turm mit 22,4 °C, gesättigt und mit 1,07 g Nebel je Kilogramm – das ist die Schwade; das Becken pendelt sich bei 16,1 °C ein.
Modell: zwölf Schichten im Gegenstrom, gelöst mit dem Schießverfahren von unten; Sättigungsdampfdruck nach Buck; ein konstanter Lewis-Faktor; der Übertragungskoeffizient 1,8·q_w^0,4·q_a^0,6; das Becken mit 4 t als eine gut durchmischte Masse; die Ventilatorleistung proportional zur dritten Potenz der Drehzahl; RK4 mit 1 s Schrittweite.
Zum Ausprobieren
Warten Sie, bis sich das Becken eingependelt hat, verdoppeln Sie dann die Wärmelast oder drosseln Sie den Ventilator und beobachten Sie den Kühlgrenzabstand. Machen Sie die Luft trocken, dann kalt und feucht: Die Schwade erscheint.
Gleichungen des Moduls
Gleichungen w_out = w_s(T_w) − (w_s(T_w) − w)·e^(−NTU) T_out = T_w − (T_w − T_a)·e^(−Le·NTU) h = 1006·t + w·(2.501·10⁶ + 1860·t) q_w·c·ΔT_w = q_a·Δh
