在冷卻塔中主要考慮蒸發散熱和接觸散熱。設水溫為tw，空氣的干球溫度為tg，濕球溫度為ts，單位面積、單位時間的接觸散熱量為qa,蒸發散熱量為qb。可分為圖10-2所示的四種傳熱情況:

1)tw>tg，即水溫大于氣溫。兩種熱量都由水面散向空氣，q=qa+qb，水溫降低，水量產生蒸發損失。

2)tw=tg，即水溫和氣溫相等。接觸散熱停止，蒸發散熱照常進行，q=qb，水溫降低，水量產生蒸發損失。

3)ts<t<tg。由于水溫低于空氣干球溫度，從空氣向水中產生接觸傳熱;水面蒸發散熱照常進行，q=qb-qa> 0，水溫降低。

4)tw=ts< tg。同3)的傳熱情況，但qa =qb,所以q=0，即水溫不再降低，但蒸發仍在發生。如果水溫繼續下降,將產生qs>qb，水溫又會升高，所以tw=ts是水冷卻的極限。

上述情況可用圖10-3表示。圖中橫坐標為水溫，縱坐標為單位冷卻面積上的散熱量。空氣參數:干球溫度tg1=26.6℃;濕球溫度ts1 = 15. 7℃，大氣壓力pa=99.3 kPa;相對濕度φ=0.27，表面傳熱系數a=0. 1419kW/(m2·K)。由圖可見，隨著水溫的升高，總散熱敏也在增大，且蒸發散熱量大于接觸散熱量。由于散熱而使水溫降低，當水溫降到空氣的干球溫度26.6℃時，接觸散熱變為零，只剩下蒸發散熱。當水溫再降低，接觸散熱變為負值，即由空氣向水傳熱，總散熱量越來越小。當水溫降到濕球溫度15.7℃時，水的蒸發散熱量等于空氣向水中所輸入的接觸傳熱量，總散熱量變為零，水溫不再下降。當水溫接近濕球溫度時，焓差將很小，散熱很慢，塔體積必須非常大。從經濟出發，冷卻后的水溫總要比空氣的濕球溫度高幾度，即twB-tsC >0。(twB-tsC)稱冷卻幅高，在冷卻塔設計中冷卻幅高取3~5℃。