我国是个水资源极度贫乏的国家，同时我国能源情况亦不容乐观。针对上述问题，为了完成国民经济和社会发展“十二五”规划纲要中关于节能减排的约束性目标，我们要在城市及工业生产中大量发展循环使用冷却水技术以及蒸发冷却技术。闭式冷却塔则恰恰兼具以上两种核心技术，由于其采用闭式循环减少了冷却水的损失，起了节水节能的效果，同时闭式冷却塔中的冷却降温的机理主要就是蒸发冷却，因而其在现代工业的应用中也就日渐普及。早期无填料型闭式冷却塔的喷淋水蒸发传质过程完全发生在盘管表面。为达到蒸发量、保证换热量，必须采用大面积盘管。这不但增加了金属材料使用量，导致成本升高，而且设备质量及占用空间也较大。而填料加盘管型闭式冷却塔集合了典型的开式冷却塔和无填料型闭式冷却塔的优点，既能像普通开式冷却塔通过设置大比表面积填料来增大热质交换面积增强冷却性能，使得管内流体介质出口温度更低；同时也能像无填料型闭式冷却塔保持盘管内介质较高的清洁度，降低喷淋水排污量，明显改善盘管表面结垢现象，降低了制造、运行和设备维护成本。本课题在热质交换原理的基础上，通过Poppe法和Merkel法两种假设，分别对填料加盘管型闭式冷却塔盘管段和填料区进行质量和能量平衡分析，由此建立无填料型闭式冷却塔和填料加盘管型闭式冷却塔的数学模型。同时，分别搭建无填料型闭式冷却塔和填料加盘管型闭式冷却塔实验平台，系统研究空气湿球温度、空气流量、冷却水流量、冷却水进口温度、喷淋密度以及冷却水流动方向等性能参数对无填料型闭式冷却塔和填料加盘管型闭式冷却塔冷却性能的影响规律，并与建立的数学模型进行对比。分析基于两种理论方法计算结果和实验测试结果可见，无填料型闭式冷却塔和填料加盘管型闭式冷却塔的冷却性能在相同的性能参数影响下变化趋势基本一致。对于无填料型闭式冷却塔，基于Poppe法预测的冷却水出口温度与实验结果的最大误差仅为0.99%~1.9%，空气出口焓值最大误差为2.2%~4.9%；基于Merkel法预测的冷却水出口温度与实验结果的最大误差为1.4%~2.4%，空气出口焓值最大误差为3.7%~5.6%。对于填料加盘管型闭式冷却塔，基于Poppe法预测的冷却水出口温度与实验结果的最大误差仅为2.7%~3.9%，空气出口焓值最大误差为6.3%~9.2%；基于Merkel法预测的冷却水出口温度与实验结果的最大误差为2.7%~6.3%，空气出口焓值最大误差为13.5%~18.1%。可见Poppe法模拟结果比Merkel法更接近实验值，即更接近实际工程情况。同时考虑到工程上更关心的是闭式冷却塔的冷却水出口温度，因而只对比分析冷却水出口温度的模拟计算结果和实验测试结果，基于Poppe法和Merkel法所建立的无填料型和填料加盘管型闭式冷却塔理论模型模拟计算均满足工程精度要求。因此，可以用Merkel法替代Poppe法应用于实际工程计算当中。对比分析在同一实验工况下基于两种理论方法计算和实验测试结果，填料加盘管型闭式冷却塔的冷却水出口温度均分别比无填料型低了0.7769℃~1.8068℃、0.961℃~2.5084℃和0.4℃~0.9℃，冷却塔效率均分别高出7.47%~17.37%、6.3%~24.12%和3.85%~8.66%。可见，在同一实验工况下，填料加盘管型闭式冷却塔的冷却性能要明显好于无填料型闭式冷却塔。同时，分析填料加盘管型闭式冷却塔冷却水流向对冷却性能的影响，Poppe法、Merkel法理论计算和实验测试结果显示，冷却水下进上出情况下的冷却水出口温度均分别比冷却水上进下出低了0.6007℃~1.5665℃、0.6464℃~1.8919℃和0.2℃~0.4℃，冷却塔效率均分别高出5.79%~17.3%、6.22%~18.19%和1.92%~4.25%。可见填料加盘管型闭式冷却塔的冷却性能在冷却水下进上出（即管内冷却水与管外空气的流向相同，与喷淋水的流向相反）时要明显好于冷却水上进下出（即管内冷却水与管外空气的流向相反，与喷淋水的流向相同）。