我國早期冷卻水試驗(yàn)的設(shè)計(jì)，通常都是選用蘇聯(lián)開創(chuàng)的平面流理論。隨著我國第一座自主研發(fā)的百萬千瓦級(jí)火電站的問世，在國內(nèi)學(xué)者中，掀起了一股冷卻水動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的研究風(fēng)波。筆者考慮到冷卻水在具體的運(yùn)動(dòng)過程中，所伴隨的溫差大的特點(diǎn)，進(jìn)一步提出了溫差水體模型實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)方法和相似條件。經(jīng)過不斷的改進(jìn)和嘗試就冷卻水動(dòng)態(tài)模擬利用水體溫差作為試驗(yàn)介質(zhì)，進(jìn)行了水面散熱效應(yīng)的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。通過對(duì)一些運(yùn)行電廠冷卻池的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)，取得了良好的試驗(yàn)效果，下面就這一試驗(yàn)進(jìn)行闡述和分析。
1試驗(yàn)裝置
1.1換熱器系統(tǒng)
換熱器是由一種特質(zhì)的耐蝕性比較強(qiáng)的金屬材料制造而成，整個(gè)換熱器的外壁有著一層良好的隔熱保溫層。整個(gè)系統(tǒng)中的熱介質(zhì)通常都是水蒸汽，因此針對(duì)一些換熱強(qiáng)度比較小的實(shí)驗(yàn)，可以選用熱水進(jìn)行參照比較。對(duì)于換熱器的換熱管道的實(shí)際長度，要充分結(jié)合實(shí)驗(yàn)管的具體長度而制定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明最佳長度通常選擇在500mm左右。試驗(yàn)管的有效直徑一般選為10mm×1mm無縫輕質(zhì)金屬管，為了增加實(shí)驗(yàn)效果，試驗(yàn)管一般都是由多根管道組成（特殊情況也可以依據(jù)具體實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)其尺寸進(jìn)行改進(jìn)），其具體長度一般都選擇在150mm～230mm為宜。根據(jù)對(duì)多次試驗(yàn)結(jié)果的比較和分析，發(fā)現(xiàn)20號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼是最佳選擇材料。試驗(yàn)管的內(nèi)壁不能出現(xiàn)明顯的裂紋、麻點(diǎn)以及銹蝕等現(xiàn)象，試驗(yàn)管的兩端應(yīng)有兩個(gè)正反扣的螺紋，試驗(yàn)管的外壁還要鍍上一層硬鉻，至于聯(lián)接接頭的外徑一定不能小于23mm，在內(nèi)孔的兩頭也要設(shè)置兩個(gè)正反扣的螺紋。
1.2冷卻塔系統(tǒng)
集水池是整個(gè)冷卻塔的核心部位，其容積的大小主要取決于循環(huán)冷卻水的用水消耗量，最常見的一種運(yùn)算方式就是依據(jù)每小時(shí)用水量的1/2～1/5進(jìn)行計(jì)算。集水池的液位必須確保一個(gè)恒定的值，要確保集水池的蓄水量能夠隨時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)控制。冷卻塔的實(shí)際標(biāo)度要參照當(dāng)?shù)貪穸�、氣溫以及工藝流程中的具體溫差而定。一般情況下冷卻塔的高度選擇為150mm，而直徑則為220mm，填料高度保持在整個(gè)塔身的3/4上下，冷卻塔的冷卻幅度必須確保在10℃～15℃之間為宜，填料通常都是選用聚丙烯鮑爾環(huán)。冷卻塔系統(tǒng)的軸流風(fēng)機(jī)一般都是全封閉，功率為100W，水泵選用流量1.32m3/h，揚(yáng)程4m即可。
2試驗(yàn)方法
2.1試驗(yàn)選管
每一組試驗(yàn)要選擇長度不同的3根試驗(yàn)管，同時(shí)還要配備相應(yīng)數(shù)量的聯(lián)接接頭。所有的聯(lián)接管在連接之后的總長度要小于換熱器的真實(shí)長度。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，先要用粗砂紙把所有試驗(yàn)管的內(nèi)壁點(diǎn)蝕和坑蝕進(jìn)行打磨，然后用細(xì)砂紙對(duì)其進(jìn)行磨平處理，最后在根據(jù)GB5776附錄A對(duì)所有的試驗(yàn)管進(jìn)行進(jìn)一步地清洗。低合金鋼和碳鋼的稱準(zhǔn)為1㎎，耐蝕器材稱準(zhǔn)為0.5㎎。對(duì)一些大口徑的試驗(yàn)管，可以將稱準(zhǔn)放寬到5㎎左右。把這些遴選好的接頭和長度不同的試驗(yàn)管進(jìn)行連接，然后依次進(jìn)行細(xì)致的檢查，確保所有的接頭處沒有漏水現(xiàn)象發(fā)生，之后在進(jìn)行測(cè)量整個(gè)管道的有效傳熱長度D（m）。其有效傳熱長度的計(jì)算公式為：
D=D1-D2
式中：D為試驗(yàn)管的有效傳熱長度，單位為米；D1為整個(gè)換熱器的有效長度，單位為米；D2為聯(lián)接接頭的總長度，單位為米。
2.2清潔管熱阻測(cè)定
在開機(jī)之前，一定要先打開水泵，之后才能緩緩?fù)ㄈ爰訜崴羝�。在停機(jī)之前，必須先關(guān)閉蒸汽（或加熱），30min之后才能關(guān)閉水泵。等到冷卻水流量與蒸汽溫度完全達(dá)到實(shí)驗(yàn)所規(guī)定的值之后，還要持續(xù)穩(wěn)定2～6個(gè)小時(shí)，在冷切的整個(gè)過程當(dāng)中，每隔15～30min要對(duì)蒸汽溫度和冷卻水的進(jìn)出口溫度進(jìn)行8次左右的測(cè)量。測(cè)量過程中一定要嚴(yán)格地將所有的流量、蒸汽溫度以及進(jìn)口溫度控制在事先所規(guī)定的要求范圍之內(nèi)。通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)一些異常值進(jìn)行特殊處理，從而求出所有數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。在測(cè)定了清潔管的熱阻r之后，每兩個(gè)小時(shí)測(cè)定一次瞬時(shí)的污垢熱阻，其值以m2.℃/w進(jìn)行表示。在沒有排污的情況下，每2個(gè)小時(shí)要對(duì)GB10539鉀離子、GB6905氯化物以及HG5-1502堿度進(jìn)行測(cè)定和記錄，其參照數(shù)據(jù)如下表。
2.3試驗(yàn)后處理
試驗(yàn)結(jié)束之后，要分別對(duì)污垢的化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)定，主要測(cè)定內(nèi)容有：污垢沉積率mcm，污垢熱阻r*s1，垢層密度ρ、平均垢厚X、腐蝕率B以及局部的腐蝕深度。其方法為把試驗(yàn)管的一頭緊壓在特質(zhì)的橡皮膠板之上，用滴定管在另一端加入蒸汽機(jī)量，取其體積用V1，進(jìn)行標(biāo)注，然后再將水全部放出，再把試驗(yàn)管放在105℃的鼓風(fēng)烘箱下進(jìn)行干燥，取其質(zhì)量用G2進(jìn)行標(biāo)注。利用不銹鋼的匙對(duì)其烘干后的管內(nèi)污垢進(jìn)行輕刮，然后義軍HG 5-1600～1607方法對(duì)污垢成分進(jìn)行測(cè)定。按照相同的方法量取稱重和體積，其質(zhì)量和體積分別用C3和V2行進(jìn)標(biāo)注。試驗(yàn)管在剖開之前，要仔細(xì)地記錄和觀察所有的腐蝕形貌，對(duì)于比較典型的一些試樣一定要對(duì)其進(jìn)行拍照。筆者通過對(duì)多個(gè)工程的實(shí)際測(cè)試，該冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)取得了期望結(jié)果。在實(shí)際運(yùn)行的過程中曾出現(xiàn)過熱水短路現(xiàn)象，不過在研究人員改變了排水口方向，此類問題沒有再發(fā)生，因此，本冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)是科學(xué)的、是行之有效。
3結(jié)論
冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)質(zhì)量的高低，并不在于模擬步驟的簡繁和實(shí)驗(yàn)程度的易難，而在于對(duì)控制模擬原體資料的科學(xué)選擇和實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的研究。對(duì)復(fù)雜模擬作了較多簡化的各種水力熱力模型試驗(yàn)，試驗(yàn)的完成，僅是一個(gè)研究階段的結(jié)束，還有待繼后原體觀測(cè)的檢驗(yàn)。上述試驗(yàn)對(duì)帶動(dòng)管道水力學(xué)、測(cè)量技術(shù)、水面蒸發(fā)、物理模型試驗(yàn)等技術(shù)的發(fā)展有著促進(jìn)和推動(dòng)作用，同時(shí)也對(duì)我國水力學(xué)科的大繁榮和大發(fā)展產(chǎn)生積極的學(xué)術(shù)牽制作用。在已有學(xué)術(shù)起點(diǎn)上開展試驗(yàn)研究；選題具備生產(chǎn)需要、國內(nèi)較少研究、有應(yīng)用對(duì)象和學(xué)術(shù)意義幾個(gè)條件；科研與設(shè)計(jì)密切合作，是取得上述結(jié)果的主要條件。
