為什麽冷卻塔的側（cè）麵（miàn）是曲（qǔ）麵的

　　為什（shí）麽這種曲（qǔ）麵是雙（shuāng）曲麵形狀的

　　為什（shí）麽上麵的開口小？

　　為（wéi）了分清其中因素的主次（cì）程度，91视频网站入口（men）得梳理（lǐ）一下。

　　首先最早的冷卻塔是有各種形狀，如直筒和八邊形筒

　　而在Iterson在1915年第一次發明了雙曲麵型塔後, 這種（zhǒng）構型（xíng）在熱電站中迅速流（liú）行，那麽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——2 需（xū）要建更（gèng）大規模的冷卻塔——3 冷卻能力受麵（miàn）積和高度的直接影（yǐng）響，因此冷卻塔要更高更大——4 高大的圓筒狀（zhuàng）結（jié）構很不穩定，即使（shǐ）建造出來成本也（yě）很高——5 需要用經濟的手段建（jiàn）造大型冷卻（què）塔——6 雙曲麵塔最經（jīng）濟

　　1和2不用解（jiě）釋，過程3中需要一（yī）個公式，即冷卻的能力（單位麵積抽力）隻和冷（lěng）卻塔的高度和內外氣體（tǐ）密度差（chà）有關，因此冷卻塔造得（dé）越來越高，現如今通常都在100米（mǐ）以上，浮式起重機而新造塔都超過了200米。

　　這就造成了4中的問題，200米（mǐ）高的直牆是很不（bú）穩定的，要讓它承受風阻和變形（xíng）就得加厚或者加大量鋼筋，最終一個塔（tǎ）會像摩天大樓一樣，成本無法接受。

　　因（yīn）此（cǐ），在5中，91视频网站入口得找（zhǎo）一種（zhǒng）經（jīng）濟的手段讓冷卻塔成本降低（dī），那就是殼狀曲麵結構，也（yě）就是說曲率能夠產生強度。

　　這是因為曲麵的高斯曲率非0，大數學家高斯提出的“絕妙定理（Theorema Egregium）”中可以（yǐ）推論：你可以隨意彎曲（qǔ）一個曲（qǔ）麵，隻要（yào）你不拉長、壓縮或者撕裂它，高斯（sī）曲率一定不會變。

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

　　由左至右：負高斯曲率曲麵（雙曲麵），零（líng）高（gāo）斯曲率曲麵（圓柱麵），和正高（gāo）斯曲（qǔ）率曲（qǔ）麵（球麵）。

　　實際上所有的薄（báo）殼結構都是很節省材料的，也有其他形狀的冷卻塔，對於結構的探索是永無止（zhǐ）境的。

　　波蘭第（dì）二大的（de）Kozienice 火電廠，冷卻塔上半部分為直筒狀

　　目前典型的大型冷卻塔大約高 150m , 底部直徑大約是（shì） 150m , 就是說, 它的底部可以容納一個足球場. 然而它的厚度卻很薄,最（zuì）薄處隻有 20cm. 如果將冷卻塔成比例地縮小到雞蛋殼（ké）直徑 大小, 則它比雞蛋殼還要薄（báo）, 僅及雞蛋（dàn）殼厚度的1/5。

　　6 那麽為什麽雙曲麵的結構最經濟呢？

　　首先，根（gēn）據冷卻塔的結構可以看到，中間收窄（zhǎi）的設計使（shǐ）得在同樣的淋水麵（miàn）積（jī）下，進氣（qì）口麵積可以更大，有助於增加風量。因此這個曲麵應該是內彎的（負高斯曲率）。

　　圖中冷卻（què）塔的造型是（shì）一個雙曲麵。 在已知底麵和頂麵是圓形的情況下算連續連接麵的最小表（biǎo）麵積，解方程會（huì）發現連（lián）接麵是雙曲函（hán）數旋（xuán）轉麵。

　　因此冷卻塔設計為（wéi）雙曲麵形狀（zhuàng）帶來的（de）最大好處是：同等冷卻能力下（同樣大小的底麵和頂麵，同樣（yàng）高度，同樣的冷卻介質共同決定（dìng）了（le）同等的（de）最大冷卻能力）建塔時用的材料最少。（可以近（jìn）似認為壁厚（hòu）一定的情況下材料用量正比於表麵積）

　　這（zhè）其實是錯誤（wù）的，連續連（lián）接（jiē）麵的最（zuì）小表麵積是一種（zhǒng）"最（zuì）小曲麵"問題，德國數學家歐拉（lā）在1744年的論文中作了解答，"懸鏈曲麵"才是（shì）那種（zhǒng）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。

　　而雙曲麵是雙曲線繞準線生（shēng）成的（還（hái）可（kě）以是直線繞不共麵的一條準線生成），因此兩種曲麵看上去形（xíng）狀相近，但卻是完全不同的。

　　雙曲麵經濟性的原因不是因為最節省材料，而是因為其建造方式，雙曲麵（miàn）是一種直紋曲麵，是由一條直線通（tōng）過連續運動構（gòu）成（chéng），這是（shì）它最重要的幾何性質。

　　因此鋼（gāng）筋在布置時不需要彎曲,即將其平行於空間斜向直線即可。

　　廣州塔，又（yòu）稱小蠻腰，可以看到每一根主鋼梁都是直的

　　因此在1915年荷蘭工程師Iterson實（shí）施了這種方案後，雙曲麵形式的冷卻塔流行了起來。當然現如今隨著尺（chǐ）寸的增大（dà），雙（shuāng）曲（qǔ）冷卻塔的施工方式都是分段（duàn）混凝土現澆的。

　　世（shì）界上最早的雙曲麵冷卻塔的建造過程

　　經曆（lì）了多年的工程實踐，這種結構的（de）力學性能和防風性能得到了很好的檢驗，成為了最（zuì）普遍的冷卻（què）塔形式，因此沿用雙曲麵（miàn）也是一種曆史的慣性（xìng）。

　　實際上，工程實踐中並不是完（wán）全按照幾何形狀去施工（gōng），其曲線形式和施工設計有所出入（rù），實際的施工中曲麵大多是用多段平麵鋼模板去逼近的。

　　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（yǐng）響的（de）結果，和幾（jǐ）何（hé）上的雙曲麵（miàn）會有（yǒu）細微差異。

　　上麵提到的波（bō）蘭（lán）Kozienice 電站的冷卻塔，它的初始幾何形狀和施工設計圖是有細微差異的。

　　中間（jiān）內彎的結構還有一種額外（wài）的特（tè）性，文丘裏（lǐ）效應，氣流通道變窄可以提高氣（qì）體的速度（dù），有助於提高在蒸發器附近的氣體速度，但這部分是存疑的，根據一些資料（liào）這一部分的貢獻很小，還得（dé）請流體力學方（fāng）麵的專業答（dá）主釋疑。