一.基本概念
     熱水通過冷卻設(shè)備把水溫降低下來的現(xiàn)象，在日常生活中也會(huì)經(jīng)常遇到。如一杯開水用兩只杯子把開水倒來倒去，不久水溫就降低了，這就是使水形成水膜層或水滴，加大熱水與空氣的接觸面積，增加水的蒸發(fā)散熱的作用，加快了水的冷卻速度，因此較快地把開水變成了溫水。又如夏天游泳時(shí)，剛從水中出來，被風(fēng)一吹覺得很涼，這也是由于身體上的水珠蒸發(fā)而帶走大量的熱量而引起的。
水的冷卻實(shí)際上是蒸發(fā)散熱、接觸散熱和輻射散熱三個(gè)過程的共同作用。蒸發(fā)散熱和接觸散熱是主要的，輻射散熱很小。

二.為何用水來冷卻設(shè)備或產(chǎn)品
自然界中存在大量的氣體和各種液體，為什么用水冷卻設(shè)備或產(chǎn)品呢？理由有以下三點(diǎn)：
1.水的比熱大，其比熱為1kcal/（kg·℃），就是說1kg水溫度升高或降低1℃，可吸收或放出1000cal熱量。則用1kg水去冷卻設(shè)備或產(chǎn)品時(shí)，水溫升高5℃，理論上可吸收設(shè)備或產(chǎn)品5000cal熱量。
2.水的價(jià)格相對(duì)便宜，一般來說，只要提升水的水泵電費(fèi)和水的凈化處理費(fèi)，水與其他液體、氣體相比，不但價(jià)格便宜，貨源也相對(duì)充足。
3.水的汽化熱大：在0℃時(shí)，1kg水的汽化熱為597.3cal。什么叫汽化熱？就是說1kg0℃的水變?yōu)?℃的水蒸氣時(shí)所吸收的熱量稱汽化熱。那么汽化熱有什么意義呢？就是說1kg0℃的水，其蒸發(fā)1%的水量，可使1kg水水溫降低6℃。
用水去冷卻生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品，使生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品的溫度降低了，把熱量傳給了水，使水溫升高了，這個(gè)過程就是傳導(dǎo)散熱。
     水在冷卻塔中進(jìn)行冷卻的過程中，把水形成很小的水滴或極薄的水膜，擴(kuò)大了水與空氣的接觸面積和延長(zhǎng)接觸時(shí)間，是加強(qiáng)水的蒸發(fā)汽化，帶走水中的大量熱量，所以水在冷卻塔中冷卻的過程是傳導(dǎo)散熱和蒸發(fā)散熱過程。
空氣中能容納一定量的水蒸氣，當(dāng)空氣中水蒸氣少的時(shí)候，氣候很干燥，天氣也較好；當(dāng)空氣中水蒸氣較多時(shí)，會(huì)感到很潮濕；當(dāng)空氣中水蒸氣很多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很小露點(diǎn)。這說明空氣能接納水蒸氣，同時(shí)說明空氣接納水蒸氣時(shí)有一定限度的，當(dāng)空氣中出現(xiàn)小露點(diǎn)時(shí)，說明空氣接納的水蒸氣已經(jīng)“滿”了，不能再接受了，即空氣中的水蒸氣達(dá)到了飽和，稱為飽和水蒸氣。
水在冷卻過程中，只要空氣中的水蒸氣還未達(dá)到飽和，則熱水表面直接與空氣接觸時(shí)，就會(huì)不斷地散發(fā)出水蒸氣跑到空氣中去。熱水表面的水分子在化為水蒸氣的過程中，將從水中吸收熱量，使水得到冷卻。

三.水的蒸發(fā)散熱
     從分子運(yùn)動(dòng)理論來說，水的表面蒸發(fā)是由分子熱運(yùn)動(dòng)而引起的，分子的運(yùn)動(dòng)又是不規(guī)則的，各分子的運(yùn)動(dòng)速度大小不一樣，波動(dòng)范圍很大。當(dāng)水表面的某些水分子的動(dòng)能是以克服水內(nèi)部對(duì)它的內(nèi)聚力時(shí)，這些水分子就從水面逸出，進(jìn)入空氣中去，這就是蒸發(fā)。由于水中動(dòng)能較大的水分子逸出，那么余下來的其他水分子的平均動(dòng)能減小，水的溫度也隨之降低，使水得到冷卻，這就是蒸發(fā)散熱的主要原因。所以水的蒸發(fā)散熱是水分子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。
水的蒸發(fā)散熱可以在沸騰時(shí)進(jìn)行，也可以在低于沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行，而自然界中的蒸發(fā)散熱大都是屬于低于沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行的蒸發(fā)。如濕衣服晾干、潮濕地面變成干燥以及熱水在冷卻塔內(nèi)的冷卻等都是低于沸點(diǎn)的情況下進(jìn)行的蒸發(fā)現(xiàn)象。所以說，當(dāng)水溫<氣溫的情況下，水照樣會(huì)得到冷卻，其道理就在于低于沸點(diǎn)下的蒸發(fā)散熱。
從水面逸出去的水分子，相互之間可能進(jìn)行碰撞，或者逸出去的水分子與空氣中已有的水分子之間進(jìn)行相互碰撞，那么又可能重新進(jìn)入到水中。如果在單位時(shí)間內(nèi)逸出水分子多于回到水面中來的水分子，那么水就不斷地蒸發(fā)，水溫也就不斷地降低，水就不斷的蒸發(fā)，水溫也就不斷地降低，水就得到冷卻。
     水的表面蒸發(fā)因在水溫低于沸點(diǎn)的情況下進(jìn)行的，這時(shí)，水和空氣的相交面上存在著蒸汽的壓力差，一般認(rèn)為水與空氣的接觸中，在其交界面處存在著一層極薄的飽和氣層，稱為水面飽和氣層。水首先蒸發(fā)到飽和氣層中去，然后再擴(kuò)散到空氣中去。

四.水的傳導(dǎo)散熱和對(duì)流散熱
     傳導(dǎo)散熱也稱接觸散熱，有時(shí)也稱接觸傳導(dǎo)散熱。這種散熱是指熱水水面與空氣直接接觸時(shí)的傳熱過程，包括傳導(dǎo)和對(duì)流兩種傳熱形式。如水的溫度與空氣溫度不一樣，將會(huì)產(chǎn)生傳熱過程，當(dāng)水溫高于空氣溫度時(shí)，水就把熱量傳給空氣，空氣自身的溫度就逐漸升高，使水面以上周圍空氣內(nèi)部的溫度不均勻，這樣冷空氣與熱空氣之間就產(chǎn)生對(duì)流作用（注：對(duì)流只發(fā)生在流體中，而傳導(dǎo)是指?jìng)鳠岬姆肿又g無混合現(xiàn)象），對(duì)流的結(jié)果是使空氣本身各點(diǎn)的溫度達(dá)到一致，最后到水面溫度與空氣溫度一致時(shí)傳導(dǎo)散熱停止。上述可見：傳導(dǎo)和對(duì)流是同時(shí)發(fā)生的，總稱為“接觸散熱”。

五.水的輻射散熱
     輻射散熱不需要傳熱介質(zhì)的作用，是一種由電磁波的形式來傳播熱量的現(xiàn)象。如平時(shí)見到的火爐烤得很熱，太陽曬得很熱等都是輻射熱。輻射散熱只有在大面積的冷卻池中才起作用，在其他類型的冷卻設(shè)備中（含各類冷卻塔），可以忽略不計(jì)。
     從水的冷卻理論來說，水在冷卻過程中，同時(shí)存在蒸發(fā)、傳導(dǎo)對(duì)流、輻射三種散熱現(xiàn)象，因輻射散熱在冷卻塔中很小，故常不計(jì)在內(nèi)。蒸發(fā)散熱與接觸散熱哪個(gè)起主導(dǎo)作用，視不同季節(jié)的水氣溫度差而定。在一年的春夏秋三季中，水與空氣的溫差相對(duì)較小，以蒸發(fā)散熱為主，特別是炎熱的夏天，蒸發(fā)散熱占總散熱量的80%~90%，而接觸散熱會(huì)提升到主導(dǎo)主用，其傳熱量會(huì)占到總散熱量的50%以上，在寒冷地區(qū)，可達(dá)到70%。