為（wéi）什麽冷卻塔的側麵是曲麵的

　　為什麽這種曲（qǔ）麵是雙曲（qǔ）麵形狀（zhuàng）的

　　為什麽上（shàng）麵的開口小？

　　為了分清其中因（yīn）素的主次程（chéng）度，91视频网站入口（men）得梳理（lǐ）一下。

　　首先（xiān）最早的冷卻塔是有各種形狀，如直筒和（hé）八邊形（xíng）筒

　　而在Iterson在1915年第一（yī）次發明了雙曲麵型塔後, 這種構型在熱電站中迅速流行，那麽（me）為什麽會有這種轉變呢？答案是規模。

　　這是一個關係鏈：1 電站裝機增大（dà）——2 需要建更大（dà）規模的冷卻（què）塔——3 冷卻能力受麵積和高度的直接影（yǐng）響，因此冷卻塔要更（gèng）高更大——4 高大的圓筒狀結構（gòu）很不穩定（dìng），即使建造出來成本也很高——5 需要用經（jīng）濟的手段建造大型冷卻塔——6 雙曲（qǔ）麵塔最經濟

　　1和2不用解釋，過程3中需要一（yī）個公式，即冷卻的能力（單位（wèi）麵積抽力）隻和冷（lěng）卻塔（tǎ）的高度和內外氣體密度差有關，因（yīn）此冷卻塔造得越來（lái）越高，現如今通常都在100米以上，浮式起重機而新造塔都超（chāo）過了200米。

　　這就造成了4中的問題，200米高的直牆是很不穩定（dìng）的，要讓它（tā）承受風阻和變形就得加厚或者加大量鋼筋，最終一個塔會像（xiàng）摩天大樓一樣，成本無法接受。

　　因此（cǐ），在5中，91视频网站入口得找一種經濟的手段讓冷卻塔成本降低，那就是殼狀曲（qǔ）麵結構，也就是說曲率能（néng）夠產（chǎn）生強度。

　　這是因為曲麵的高斯曲率非0，大數學家高斯提（tí）出的“絕妙定理（Theorema Egregium）”中可以推論：你（nǐ）可以（yǐ）隨意彎曲一個曲麵，隻要你（nǐ）不（bú）拉長、壓縮或者撕裂它，高斯曲（qǔ）率一定（dìng）不會變。

　　換（huàn）言之，對於高斯曲率非0的結構，隻有它被撕裂或超出材料承受能力時高斯曲率才會發生變化，因此曲麵的結構強度和（hé）抗變形能力是非常（cháng）強的。因此91视频网站入口要將冷卻塔建造為曲（qǔ）麵的（de）形狀。這裏要注意的是，圓柱形和錐形的結構其高（gāo）斯曲率是（shì）0，也就是說可以用一個平麵卷成圓柱或圓錐，因此其強（qiáng）度（dù）是不如其它曲（qǔ）麵的（de）。

　　由左至右：負高斯曲率曲麵（雙曲麵），零高斯曲率曲麵（圓柱麵），和正高斯曲率曲麵（球麵）。

　　實際（jì）上所有的薄殼結構都是很節省（shěng）材料（liào）的，也有其他形狀的冷卻塔，對於結構的探索是永無止境的。

　　波（bō）蘭第二（èr）大的Kozienice 火電廠，冷卻塔（tǎ）上半部分為直筒狀

　　目前典型的（de）大型冷卻塔（tǎ）大約高 150m , 底部直徑大約是 150m , 就是說, 它的底部（bù）可以（yǐ）容納一個足球場. 然而它的厚度卻很薄,最薄處（chù）隻有 20cm. 如果將冷卻塔成比例地縮小到雞蛋殼直徑 大小（xiǎo）, 則它（tā）比雞（jī）蛋（dàn）殼還要薄（báo）, 僅及雞蛋殼厚度的1/5。

　　6 那麽為什麽雙曲麵的結（jié）構最經濟呢？

　　首先，根據冷卻塔的結構可（kě）以看（kàn）到，中間收窄的設計使得在同樣的淋水麵積下，進氣口麵積可以（yǐ）更大，有助於增加風量。因此這（zhè）個曲麵應該是內彎的（負高斯曲率）。

　　圖中（zhōng）冷（lěng）卻塔（tǎ）的造型是一個雙曲麵。 在已知底麵和頂麵是圓形的情況（kuàng）下算連續連接麵的最小表麵（miàn）積，解（jiě）方程會發現連（lián）接麵是雙曲函數旋轉（zhuǎn）麵（miàn）。

　　因此冷（lěng）卻塔設（shè）計為雙曲麵形狀帶來的最大好處是：同等冷卻能力下（同樣大小的底麵和頂（dǐng）麵，同（tóng）樣（yàng）高度，同（tóng）樣（yàng）的冷卻介質共（gòng）同決定了同等的最大冷卻能（néng）力）建塔時用的（de）材（cái）料最少。（可（kě）以近似認為壁厚一定的情況下材料用量正比於表麵積）

　　這其實（shí）是錯誤的，連續連接麵的最小表麵積是一種"最小（xiǎo）曲麵"問題，德國數學家歐（ōu）拉在1744年的論文中作了解答，"懸（xuán）鏈曲麵（miàn）"才是那種有最小表麵積的旋轉曲麵，懸鏈曲麵是懸鏈線繞其準線旋轉所得。

　　而雙曲（qǔ）麵（miàn）是雙曲線（xiàn）繞準線生成的（還可以是直線繞不共麵的一條準線生成），因此（cǐ）兩種曲麵看上去形狀（zhuàng）相近，但卻是完全不同的。

　　雙曲麵經濟性的（de）原因不是因為最節省材料，而是（shì）因為其建造方式，雙曲麵是一種直紋曲麵，是由一條直線通過連續運動構成，這是它最重要（yào）的幾何性質。

　　因此（cǐ）鋼筋在布置時不（bú）需要彎曲,即（jí）將（jiāng）其平行於空間斜向直線即可。

　　廣州塔，又稱小蠻腰，可以看到每一根（gēn）主鋼（gāng）梁（liáng）都是直的

　　因此在1915年（nián）荷蘭工程師Iterson實施了這種方案後（hòu），雙曲麵形式的（de）冷卻塔（tǎ）流（liú）行了起來。當然現如今隨著尺寸的增大，雙曲冷卻塔的施工方（fāng）式都是分段（duàn）混凝土現澆的。

　　世界上最早的雙曲麵冷卻塔（tǎ）的建造過程

　　經（jīng）曆了多（duō）年的工程實踐，這種結構（gòu）的力學性能和（hé）防風性能得到了很（hěn）好（hǎo）的（de）檢驗，成為了最普遍的冷卻塔形式，因此沿用（yòng）雙曲麵也是（shì）一種曆史的慣性。

　　實（shí）際上，工（gōng）程實踐中並不是完全按照幾何形狀去施工，其曲線形式和施工設計有所（suǒ）出入（rù），實際的（de）施工中曲（qǔ）麵大多是用多段平麵鋼模板（bǎn）去逼近的。

　　因此嚴格來說，現如今的塔形是優化設計、工程實踐和施工習慣相互影響的結果，和幾何上的雙曲麵（miàn）會有細微差異。

　　上麵提到的波蘭Kozienice 電站（zhàn）的冷卻塔，它的初始幾何形狀和施工設計圖是有細微差（chà）異（yì）的。

　　中間（jiān）內彎的結（jié）構還有（yǒu）一種額外的特性，文丘裏效應，氣流通道變窄可以提高氣體的速（sù）度，有助於提高在蒸發器附（fù）近的氣體速度（dù），但這部分是存疑的，根據一些資料這一部分的貢獻很小，還得請流體力學方麵的專業答主釋疑。