在經過熱電廠時，我們一定見過這樣細腰型的高大建築（如下圖），通常上方會冒着白煙（實際是水蒸氣），很多人以為這是煙囪。實際上這是發電廠用來給水冷卻的冷卻塔，現在常見的就是雙曲線冷卻塔，是一種自然通風式冷卻塔。

雙曲線冷卻塔

什麼是雙曲線冷卻塔

因為其外形類似于數學圖形内的雙曲線圖形，因此此類塔通常稱之為雙曲線冷卻塔。不知道大家對下面的數學題目是否熟悉呢？

來源：高二數學 人教版 選修2-1

其實在早期的時候，發電廠的冷卻塔并不是雙曲線形的，而是有各種各樣的形狀，比如直筒型、八邊型等。荷蘭以為教授在1915年第一次設計了雙曲面型冷卻塔，而後随着大型火電站的發展，這種雙曲面型的冷卻塔迅速流行。為什麼這種形狀的冷卻塔會迅速流行呢？我們後面再講。

早期的冷卻塔

冷卻塔作用及工作過程

要說冷卻塔的作用，我們需要先講一下火力發電廠的工作流程。

燃料送到電廠後，經過篩選輸送到鍋爐燃燒，鍋爐被加熱後，鍋爐内的水變成了高溫水蒸氣。水蒸氣通過管道被輸送到汽輪機，推動汽輪機旋轉作功，發電機與汽輪機通過聯軸器相連，從而帶動發電機發電。而經過汽輪機作過功的水蒸氣則被送入到凝汽器，被冷卻水冷卻凝結成水。一部分則被加壓輸送到附近小區進行供熱。熱電廠需要大量的冷卻水來給機組降溫。而冷卻塔就是為此提供冷卻水的。

電廠工作流程

熱電廠工作流程

冷卻塔底邊直徑一般在65到120米，高度在75到150米。其由3部分組成，分别為下環梁、筒壁、塔頂剛性環。下梁環在風筒下部，所有載荷通過下梁環傳遞給斜支撐。筒壁則是冷卻塔的主體部分，其形狀及壁厚經過優化計算确定。而塔頂剛性環則是筒殼的加強箍。在塔底部設有約2米深的集水池。在筒壁下部設有配水槽和淋水裝置。

雙曲線冷卻塔工作過程

冷卻塔塔身比較高，容易形成煙窗效應（煙窗效應：戶内空氣沿着有垂直坡度的空間上升或者下降，造成空氣加強對流的現象，當煙囪變窄時，氣流會加速），由于上下空氣壓差，就會有風從塔底進入塔頂流出。從凝汽器中出來的熱水被輸送到冷卻塔中部的配水槽處，熱水被噴射成水滴狀。水滴下落的過程中，冷風上升，在此過程中将熱水冷卻。上升的水汽從上口冒出，就是我們看到的白色水霧。冷卻水低落到集水池内，被重新輸送到凝汽器内，循環利用。

為什麼是雙曲線型呢？

從結構上講，雙曲線型結構更堅固。在此處，我們要先講一下伯努利效應，即邊界層表面效應，科學家伯努利通過無數次試驗驗證得出結論：流體速度大的地方壓強小，流速小的地方壓強大。例如我們在等待火車時，要站在黃線以外。因為越靠近火車的地方，氣體速度越大，而遠的地方流速小，這就形成了一個壓強差，離得太近的話，則有可能被火車吸走。再講回雙曲線結構，因為靠近筒壁的位置空氣流速要比中心慢，這樣就會産生一個向内的拉力。這樣筒身就容易被破壞。而曲面結構可以增加結構和強度。

從經濟方面考慮，雙曲面結構更容易建造。雙曲面其實是一種直紋曲面，是通過直線連續運動形成的。利用這個特質，雙曲面結構隻利用直梁就可以建造，而直梁更容易建造。

雙曲面

冷卻塔建造

從效果上講，雙曲線型更容易使空氣流通。底部直徑最大，可以最大限度的是冷空氣進入。而達到最細部門時，由于管徑變小，空氣流速加快，可以盡快帶走熱量。而到達頂部後，管徑變大，大量的熱氣在此處壓力減小，将熱量釋放，形成白色的水蒸氣。

編輯：直觀機械 首發于今日頭條

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!