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来源：华体会体育网是赞助曼联 发布时间：2023-12-06 18:47:43
这个问题其实是很容易让人迷惑的，因为各种各样的因素交织在一起，其实中间隐含着几个不同的问题
而在荷兰Frederik van Iterson教授在1915年第一次设计了双曲面型塔后, 这种构型在热电站中迅速流行，那么为何会有这种转变呢？答案是规模，随着大型火\核电站的出现而有了这种自然通风式双曲面冷却塔。
这是一个关系链：1 电站装机增大——2 需要建更大规模的冷却塔——3 冷却能力受面积和高度的直接影响，因此冷却塔要更高更大——4 高大的圆筒状结构很不稳定，即使建造出来成本也很高——5 需要用经济的手段建造大型冷却塔——6 双曲面塔最经济
1和2不用解释，在冷却能力有一定的要求不大的情况下，冷却塔可以有各种各样的形状，其实现在也仍然有很多圆柱或立方体的冷却塔，有中央空调大楼的楼顶能够正常的看到它们。
过程3中需要一个公式，即冷却的能力（单位面积抽力）只和冷却塔的高度和内外气体密度差有关，因此冷却塔造得慢慢的升高，现如今通常都在100米以上，而新造塔都超过了160米甚至会出现很多超过200米的塔。
这就造成了4中的问题，不管用混凝土还是钢结构，200米高的直墙都是很不稳定的，要让它承受风阻和变形就得加厚或者加大量钢筋，最终一个塔会像摩天大楼一样，成本无法接受。
5 因此，我们得找一种经济的手段让冷却塔建造成本降低。答案就是薄壳曲面结构，也就是说曲率能够产生强度。
这是因为曲面的高斯曲率非0，大数学家高斯提出的“绝妙定理（Theorema Egregium）”中可以推论：你可以随意弯曲一个曲面，只要你不拉长、压缩或者撕裂它，高斯曲率一定不会变。可见：你拿披萨的方式，很可能是错的 科学人 果壳网 科技有意思
换言之，对于高斯曲率非0的结构，只有它被撕裂或超出材料承受能力时高斯曲率才会发生明显的变化，因此曲面的结构强度和抗变形力是非常强的。因此我们要将冷却塔建造为曲面的形状。这里要注意的是，圆柱、圆台和圆锥的高斯曲率是0，也就是说可以用一个平面卷成圆柱或圆锥，因此其强度是不如其它曲面的。
曲面的塔型中，旋转曲面是形状最简单的，为便于施工塔型当然会选这种横截面为圆的旋转曲面。
而根据冷却塔的结构能够正常的看到，中间收窄底部拓宽的设计使得在同样的淋水面积下，进风口面积可以更大，有助于增加风量。
另外，最常用的建筑材料混凝土抗压强度高而抗拉性不足，如评论区镇关西所说，负高斯曲率结构下墙体内部应力以压应力为主，更适合混凝土的受力特性，如果做成正高斯曲率旋转曲面，混凝土是无法应对拉应力的。
因此这个冷却结构在轴向即铅垂方向上应该是内弯的（负高斯曲率），自然也造成了喇叭口的形状。
图中冷却塔的造型是一个双曲面。 在已知底面和顶面是圆形的情况下算连续连接面的最小表面积，解方程会发现连接面是双曲函数旋转面。因此冷却塔设计为双曲面形状带来的最大好处是：同等冷却能力下（同样大小的底面和顶面，同样高度，同样的冷却介质共同决定了同等的最大冷却能力）建塔时用的材料最少。（可以近似认为壁厚一定的情况下材料用量正比于表面积）
这其实是错误的，连续连接面的最小表面积是一种“最小曲面问题”，德国数学家欧拉在1744年的论文中作了解答，悬链曲面才是那种有最小表面积的旋转曲面，悬链曲面是悬链线绕其准线旋转所得。
而双曲面是双曲线绕准线生成的（还可以是直线绕不共面的一条准线生成），因此两种曲面看上去形状相近，但生成方法和性质却是完全不同的。
双曲面经济性的原因还由于其建造方式。双曲面是一种直纹曲面，是由一条直线通过连续运动构成，这是它最重要的几何性质。
直纹曲面由一条直线通过连续运动构成，因此钢筋在布置时不需要弯曲,即将其平行于空间斜向直线即可。
因此在钢筋混凝土技术快速的提升可以支撑曲面浇筑后，1915年Iterson首次实施了双曲面方案，业界发现它在相同的用料下强度和刚度大幅度提高，十分轻量和经济，可以造得更高大，因而迅速流行了起来。当然现如今随着尺寸的增大，双曲冷却塔的施工方式都是分段混凝土现浇的。
经历了多年的工程实践，这种结构的力学性能和防风性能得到了很好的检验，成为了最普遍的冷却塔形式，因此沿用双曲面也是一种历史的惯性。
实际上，工程实践中不是完全按照曲面的几何形状去施工，实际的施工中曲面大多是采用分节施工的办法，给定筒壁母线半径和壁厚然后用多段平面钢模板去逼近。因此严格来说，其最终形状和双曲线型的母线是有所差异的，现如今的塔形是材料特性、优化设计和工程实践相互影响的结果，严格来说和几何上的双曲面有差异。
所有的薄壳曲面结构都具有高强度和节省材料的特点，而在材料性能满足的条件下，也有其他形状的冷却塔，对结构的探索是永无止境的。
目前典型的大型冷却塔大约高 150m , 底部直径大约是 150m , 就是说, 它的底部可以容纳一个足球场. 然而它的厚度却很薄,最薄处只有 20cm. 如果将冷却塔成比例地缩小到鸡蛋壳直径 大小, 则它比鸡蛋壳还要薄, 仅及鸡蛋壳厚度的1/5。
中间内弯的结构还有一种额外的特性，文丘里效应，气流通道变窄能大大的提升气体的速度，有助于提高在蒸发器附近的气体速度，但这部分是存疑的，根据一些资料这一部分的贡献很小，还得请流体力学方面的专业答主释疑。
PS：由于用词不准确，双曲面、悬链曲面、拱形、抛物面等非常容易导致混淆，其实他们各有各的特性，应予准确区分。悬链线是种很有趣的曲线，拱桥、悬索桥、拱坝的受力结构都是这种形状的，而非通常认为的抛物线型，有兴趣的能够直接进行扩展阅读。
的，详解了冷却塔工作的原理和流程。但我认为都没有说到最关键的一点：题主问的重点不是冷却塔如何工作，而是造型为什么这么设计。
）带动空气（或加喷淋的冷水）与热质进行热交换进行冷却。其实无论什么形状，只要营造出有一定垂直坡度的空间，就可以产生烟囱效应。那为什么是图中这种设计呢？
在已知底面和顶面是圆形的情况下算连续连接面的最小表面积，解方程会发现连接面是双曲函数旋转面。因此冷却塔设计为双曲面形状带来的最大好处是：同等冷却能力下（同样大小的底面和顶面，同样高度，同样的冷却介质共同决定了同等的最大冷却能力）建塔时用的材料最少。（可以近似认为壁厚一定的情况下材料用量正比于表面积）
附加的好处：冷却塔建筑材料一般是钢筋混凝土。如果是用钢材建设双曲面建筑的话，全部可以用直线钢材，会省很多加工费用的（参见广州小蛮腰，斜撑全部是直线钢管）。
你看的那个是冷却塔，准确说是自然通风冷却塔，因为火力电厂对冷却水的需求很大，才会用到这么大的塔。它主要是用来冷却电厂中的热水，也可以依靠通风，冷却水后利用这些冷水。
//网上的剖面图很不好找 我下载的这个图片很模糊 重写了字之后还是不清楚。。。
忽然想起电影《金刚狼前传》，里面结尾部分就是主角们在冷却塔口上打斗的情节
至于为什么用这种结构我并不清楚，但是这种塔的选用是因为它的解决能力巨大，对节能减排 降低功耗 利用废热都很有益。要知道，一个热电厂的耗能量巨大，上世纪50-70年代，美国就已经投入运行了1300MW 锅炉容量4398t/h大型锅炉（但是因为灵活度不够现在大部分发电厂 单个机组停留在了500-800MW 多个机组并行），它的效率增加1%每年省下的钱都是上千万上亿的。
另外可以提一下我们的技术实力与国际的差距： 我国在09年统计，平均发出一度电要341g的煤，而国际上领先的技术能比我们少30-50g煤。我国是煤炭大国，在这上面的技术缺憾是我国从能源这一个国家正常运作的一大基础上就比国外弱了些。
3点着的煤粉在加入了 二次风后在炉膛内继续燃烧 放出的热量被炉膛水冷壁和过热器中的水所吸收
4 燃烧过后的剩余高温气 经过省煤器和空气预热器，留下剩余热能，然后进入烟囱，经过除灰排入空气,自此 炉内的过程结束
5 被加热的水成为了高温度高压力的蒸汽，送入汽轮机使水蒸气膨胀过程中的能量转化为动能，汽轮机与发电机相连，动能又转化为电能。
6经过做功后的低温低压水蒸气（乏汽），送往冷却塔，冷却为水，重新送回锅炉等待第二次循环
烟气这部分，一般锅炉炉膛有微负压 微正压 烟气依靠风机的力量是可以顺利流动的，加高只有利于而不决定。
冷却塔是处理冷却水而不是汽轮机里的冷凝水的，应该是为了能够更好的保证内部环境的洁净，是用换热器隔开的。
这个形状是缩放喷嘴的结构，气流流过喉部的时候，压力下降，流速增大。在喉部形成真空，把空气从底部吸入。喉部上面的就是扩压段，气流速度变慢，压力升高，才能排入大气。底部空气向上流动，和喷淋下来的水换热，降低水温。
冷却塔做成双曲线形的是为了更好的提高冷却的效率，底部有最大的圆周，可以最大限度地进入冷空气，冷空气到达最细部位时，接触热水，这时首先由于管径变小，空气流速加快，可以尽快的带走热水中的热量，其次由于管径变小，冷空气的体积也受到压缩，故压力也有增加，而压力增加流体的含热能力会随之增加，于是在细腰部冷空气可以最大限度的吸收热水的热量从而使热水冷却。到了最上部，管径再次扩大，已携带了大量热量的空气由于速度减慢，压力减小，又将所含的热量释放开来形成白色的水蒸气。