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[冷却塔造型为什么那么设计?有什么优势?]
发布日期:[2019/9/2] 共阅[58]次

这个问题其实是很容易让人迷惑的,因为各种因素交织在一起,其实中间隐含着几个不同的问题:


为什么冷却塔的侧面是曲面的?

为什么这种曲面是双曲面形状的?

为什么上面的开口小?


以下是对其中因素主次程度及其他原因的分析:


首先一开始的冷却塔是有各种形状,如直筒和八边形筒。


而在Iterson在1915年发明了双曲面型塔后, 这种构型在热电站中迅速流行,那么为什么会有这种转变呢?答案是规模,随着大型火/核电站的出现而有了这种自然通风式双曲面冷却塔


这是一个关系链:1 电站装机增大——2 需要建更大规模的冷却塔——3 冷却能力受面积和高度的直接影响,因此冷却塔要更高更大——4 高大的圆筒状结构很不稳定,即使建造出来成本也很高——5 需要用经济的手段建造大型冷却塔——6 双曲面塔最经济


1和2不用解释,过程3中需要一个公式,即冷却的能力(单位面积抽力)只和冷却塔的高度和内外气体密度差有关,因此冷却塔造得越来越高,现如今通常都在100米以上,而新造塔都超过了160米甚至出现很多超过200米的塔。


这就造成了4中的问题,不管用混凝土还是钢结构,200米高的直墙都是很不稳定的,要让它承受风阻和变形就得加厚或者加大量钢筋,导致一个塔会像摩天大楼一样,成本无法接受。


因此,在5中,我们得找一种经济的手段让冷却塔成本降低,那就是壳状曲面结构,也就是说曲率能够产生强度。


这是因为曲面的高斯曲率非0,大数学家高斯提出的“绝妙定理(Theorema Egregium)”中可以推论:你可以随意弯曲一个曲面,只要你不拉长、压缩或者撕裂它,高斯曲率一定不会变。可见:你拿披萨的方式,很可能是错的。


换言之,对于高斯曲率非0的结构,只有它被撕裂或超出材料承受能力时高斯曲率才会发生变化,因此曲面的结构强度和抗变形能力是非常强的。


因此我们要将冷却塔建造为曲面的形状。这里要注意的是,圆柱形和锥形的结构其高斯曲率是0,也就是说可以用一个平面卷成圆柱或圆锥,因此其强度是不如其它曲面的。


所有的薄壳曲面结构都具有高强度和节省材料的特点,也有其他形状和材料的冷却塔,对于结构的探索是永无止境的。


目前典型的大型冷却塔大约高 150m , 底部直径大约是 150m , 就是说, 它的底部可以容纳一个足球场。然而它的厚度却很薄,超薄处只有 20cm。如果将冷却塔成比例地缩小到鸡蛋壳直径 大小, 则它比鸡蛋壳还要薄,仅及鸡蛋壳厚度的1/5。


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