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为何冷却塔的"腰"如此细?

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    冷却塔的腰为什么要设计得如此细,这样有什么优势吗?这个问题其实很容易让人迷惑,因各种问题的交织,中间隐藏着多个不同问题---为什么冷却塔侧面采用曲面形式?为什么这种曲面是双曲面形状?为什么上端部分开口小?为了分清这些因素的主次关系,我们做了梳理分析。
    起初的冷却塔是各种形状,直筒、八边形筒。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,为什么会有这种转变呢?规模,随着大型火核电站的出现,有了自然通风式双曲面冷却塔。这是一个关系链:电站装机增大——需建更大规模的冷却塔——冷却能力受面积和高度直接影响,因此冷却塔要更高更大——高大的圆筒状结构不稳定,即使建造完成,成本也很高——需用经济手段建造大型冷却塔——双曲面塔更经济。在冷却能力受面积与高度的直接影响,因此冷却塔也建造的更高,更大的推理过程中,需要一个公式支持,冷却能力(单位面积抽力)只与冷却塔高度和内外气体密度差有关,因此冷却塔造得更高,现在通常都在100米以上,而新造塔都超过160米,甚至出现很多超过200米。
    因此也造成了高大圆筒状结构不稳定,即使建造完成,成本也很高的问题发生,不管采用混凝土还是钢结构,200米高的直墙都是不稳定状态,要让它承受风阻和变形,就得加厚或加大钢筋用量,因此,一个冷却塔会像摩天大楼一样,成本无法接受。
    而在用经济手段建造大型冷却塔的过程中,同样需要寻找一种经济手段让冷却塔成本降低,那就是壳状曲面结构,也就是说曲率可产生强度。因曲面高斯曲率非0,大数学家高斯提出的“绝妙定理”中可推论:可以随意弯曲一个曲面,只要不拉长、不压缩、不撕裂,高斯曲率一定不会变。可见:拿披萨的方式,很可能是错的。对于高斯曲率非0的结构,只有被撕裂或超出材料承受能力时,高斯曲率才会发生变化,因此曲面结构强度和抗变形能力非常强。因此要将冷却塔建造为曲面形状。圆柱形和锥形结构的高斯曲率是0,可以用一个平面卷成圆柱或圆锥,因此强度方面不如其它曲面形式。
    编辑:T
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