1、直流系统早期工厂的冷却水系统采取直流系统。冷却水从水源流经热交换器后又回流到水源处。优点是快速有效:水源处的水温较低;灵活性:可在最小的传热面条件下冷却。表现为腐蚀、污垢和微生物繁殖,但相对较小;系统内由水引起的问题主要取决于原水的性质。由于水在系统内没有浓缩,一般不会发生明显的物理和化学变化,冷却水系统内水的流量和温度的变化、加上水的性质各不相同(河水、湖水常含有大量悬浮物和沉积物,且随季节变化;水中常含铁和结垢的盐类),使得系统的管理工作更加复杂。 图3-1 直流冷却水系统          图3-2 封闭式循环冷却水系统2、密闭式循环冷却水系统1)     定义水密闭循环,并交替冷却和加热,而不与空气接触。在密闭系统中,冷却水携带的热量通常通过水-水换热器传给敞开式循环水系统中的循环水,热量再从水中散发到大气中去。2)     组成完全密闭的循环水系统;用于对水冷却或去除水中的热量的冷却器或热交换器。3)     密闭系统在工业上的应用(1)冷却气体管路的气体来冷却燃汽轮机或变压器冷却用的油冷却器;(2)柴油发动机和气体发动机;(3)制冷机;(4)以控制可靠的工艺过程的温度为目的:原子反应堆的辅助冷却器;炼铁高炉的炉体、风口等的冷却等。4)     密闭系统的优点(1)水温易控制;(2)水质问题的控制简单化:补充水量少;(3)补充水仅用于补偿水泵填料的泄露水量或因检修而排放的水量;(4)水的蒸发很少;(5)结垢程度较轻:一般用软化水或去离子水。(6)腐蚀问题不严重:氧不是处于饱和状态。3、敞开式循环冷却水系统1)     定义
冷却水通过热交换器后,水温提高成为热水,热水经冷却塔曝气与空气接触,由于水的蒸发散热和接触散热使水温降低,冷却后的水再循环利用。又称为冷却塔系统。
 图3-3敞开式循环冷却水系统1-补充水(M);2-冷却塔;3-冷水池;4-循环水泵;5-渗漏水(F);6-冷却水;7-冷却用换热器;8-热水(R);9-排污水(B);10-蒸发损失(E);11-风吹损失(D);12-空气 2)     水冷却原理通过水与空气接触,由以下三个过程共同作用的结果。(1)水的蒸发散热a. 水在冷却设备中形成大小水滴或极薄水膜,扩大其与空气的接触面积和延长接触时间,加强水的蒸发,使水汽从水中带走汽化所需的热量,从而使水冷却。b. 为了加快蒸发散热:一方面应增加热水与湿空气之间的接触面积,以提供水分字逸出的机会;另一方面提高水气界面上的空气流动速度,以保持蒸发的推动力不变。(2)水的接触传热借传导和对流传热,称为接触传热。水面与较低温度的空气接触,由于温差使热水中的热量传到空气中去,水温得到降低。温差愈大,传热效果愈好。(3)水的辐射传热不需要传热介质的作用,而是由一种电磁波的形式来传播热能的现象。辐射传热只是在大面积的冷却池内才起作用。在其它类型的冷却设备中,辐射传热可以忽略不计。3)     冷却设备的种类与结构在循环冷却水系统中,用来降低水温的构筑物或设备成为冷却构筑物或冷却设备。按其热水与空气接触方式的不同,可分为:(1)水面冷却构筑物工业上第一种循环冷却方法,又称凉水池。过程:需要冷却的水流入池内,通过自然蒸发、辐射和对流传热逐渐将水冷却到适当再用的温度。靠蒸发散热约占总散热量的55%,因而比冷却塔要小些(蒸发散热占80%)。冷却过程缓慢,效率低,温差小。且需要很大的贮水池。(2)喷水池池内装有水管、喷嘴或电动喷水组件,由喷嘴把水喷到大气中,从而增加了蒸发量,即使在较小的水池也能加速冷却。设在建筑场地开阔处的水池的冷却效果要好些。水的消耗大,约为循环水量的1.0-5.0%。易带入周围的杂质。(3)冷却塔是一个塔型建筑,水气热交换在塔内进行,可以人工控制空气流量来加强空气与水的对流作用来提高冷却效果。占地面积小、冷却效果好。包括自然通风式和机械通风式。
冷却塔包括通风筒、配水系统、淋水装置、通风设备、收水器、集水池等部分。
图3-4自然通风冷却塔                                  图3-5 机械通风冷却塔1-配水系统;2-填料;3-百叶窗;                   1-配水系统;2-填料;3-百叶窗;4-集水池;5-空气分配区;6-风筒;                 4-集水池;5-空气分配区;6-风机;7-热空气和水蒸汽;8-冷水                         7-风筒;8-热空气和水蒸汽;9-冷水 
图3-6 玻璃钢冷却塔1-玻璃钢塔体;2-淋水装置;3-填料;4-空气;5-接水盘;6-冷却水;7-热水;8-排风扇;9-热空气和水蒸汽 4)     冷却塔效率的衡量指标(1)冷却幅高(也称湿球温差)冷却水温和空气湿球温度的差值 T2-τ。τ代表该地热水冷却所能达到的极限值。T2-τ越小效能越高。(2)冷却幅宽冷却塔的回水和出水温度的差值,T1-T2(3)淋水密度指冷却塔单位面积上的热水喷洒负荷,m3/(m2h)淋水密度与冷却幅宽、水的比热的乘积称为冷却构筑物单位面积的热负荷,W/(m2(kcal/(m2h))5)     敞开式冷却水的水工况冷却过程中的三种损失:    M = E + D + BM、E、D、B分别代表补充水量、蒸发损失、风吹损失、排污量(包括泄漏损失)。              Q = R ( tw2 - tw1 ) x = E ( I - tm ) R式中:X-- 冷却塔中水温降低1℃时因蒸发而散失的热量与总散失热量的比值;I -- 为循环水平均温度下蒸汽的热焓值(25℃时饱和蒸汽为608 kcal/kg);tm -- 为进出口的平均水温。则有:E=x△t/(i-tm)=0.17x△t式中: X在夏季为1.0,冬季0.5,春秋0.75。(1)蒸发损失E           E = a(R-B), a = e (t2-t1)(2)风吹损失D           D =(0.2%-0.5%) R(3)排污损失B          B+W=E/(K-1)(4)渗漏损失F         不可忽略的因素。(5)离子浓度的改变D(Vc)=McMdt – Bcdt
C =MCM/B + (c0 – MCM/B)EXP[-B(t-t0)/V]
 图3-7降低浓缩倍数时     图3-8 提高浓缩倍数时水中离子浓度变化曲线    水中离子浓度变化曲线 (6)浓缩倍数指循环水中某物质的浓度和补充水中某物质的浓度之比。一般还可以以某种有代表性的可溶性离子或物质。K = S / SM = E K / (K-1)(7)循环水中盐类的浓缩补充水在系统中的停留时间为:T=V/M由于MV要小得多,足以使补充水中任何量的化学组分显示潜在的结垢和腐蚀倾向。V容积的水循环一次所需的时间为:a=V/R则补充水在系统中逗留时间内循环的次数为:N=T/a=(V/M)/(V/R)=R/M