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

　　熱電廠冷卻塔有什么用？為什么都是雙曲線型

　　雙曲線冷卻塔

　　什么是雙曲線冷卻塔

　　因為其外形類似于數(shù)學(xué)圖形內(nèi)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(shù)學(xué)題目是否熟悉呢？

　　熱電廠冷卻塔有什么用？為什么都是雙曲線型

　　來源：高二數(shù)學(xué) 人教版 選修2-1

　　其實在早期的時候，發(fā)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***次設(shè)計了雙曲面型冷卻塔，而后隨著大型火電站的發(fā)展，這種雙曲面型的冷卻塔迅速流行。為什么這種形狀的冷卻塔會迅速流行呢？我們后面再講。

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　　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(fā)電廠的工作流程。

　　燃料送到電廠后，經(jīng)過篩選輸送到鍋爐燃燒，鍋爐被加熱后，鍋爐內(nèi)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(zhuǎn)作功，發(fā)電機與汽輪機通過聯(lián)軸器相連，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。而經(jīng)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(jié)成水。一部分則被加壓輸送到附近小區(qū)進(jìn)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。

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　　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，分別為下環(huán)梁、筒壁、塔頂剛性環(huán)。下梁環(huán)在風(fēng)筒下部，所有載荷通過下梁環(huán)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(jīng)過優(yōu)化計算確定。而塔頂剛性環(huán)則是筒殼的加強箍。在塔底部設(shè)有約2米深的集水池。在筒壁下部設(shè)有配水槽和淋水裝置。

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　　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(yīng)（煙窗效應(yīng)：戶內(nèi)空氣沿著有垂直坡度的空間上升或者下降，造成空氣加強對流的現(xiàn)象，當(dāng)煙囪變窄時，氣流會加速），由于上下空氣壓差，就會有風(fēng)從塔底進(jìn)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(fēng)上升，在此過程中將熱水冷卻。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內(nèi)，被重新輸送到凝汽器內(nèi)，循環(huán)利用。

　　為什么是雙曲線型呢？

　　從結(jié)構(gòu)上講，雙曲線型結(jié)構(gòu)更堅固。在此處，我們要先講一下伯努利效應(yīng)，即邊界層表面效應(yīng)，科學(xué)家伯努利通過無數(shù)次試驗驗證得出結(jié)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(yuǎn)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(jié)構(gòu)，因為靠近筒壁的位置空氣流速要比中心慢，這樣就會產(chǎn)生一個向內(nèi)的拉力。這樣筒身就容易被破壞。而曲面結(jié)構(gòu)可以增加結(jié)構(gòu)和強度。

　　從經(jīng)濟方面考慮，雙曲面結(jié)構(gòu)更容易建造。雙曲面其實是一種直紋曲面，是通過直線連續(xù)運動形成的。利用這個特質(zhì)，雙曲面結(jié)構(gòu)只利用直梁就可以建造，而直梁更容易建造。

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　　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***，可以***限度的是冷空氣進(jìn)入。而達(dá)到最細(xì)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(dá)頂部后，管徑變大，大量的熱氣在此處壓力減小，將熱量釋放，形成白色的水蒸氣。