一.基本概念
     熱水通過冷卻設備把水溫降低下來的現象，在日常生活中也會經常遇到。如一杯開水用兩只杯子把開水倒來倒去，不久水溫就降低了，這就是使水形成水膜層或水滴，加大熱水與空氣的接觸面積，增加水的蒸發散熱的作用，加快了水的冷卻速度，因此較快地把開水變成了溫水。又如夏天游泳時，剛從水中出來，被風一吹覺得很涼，這也是由于身體上的水珠蒸發而帶走大量的熱量而引起的。
水的冷卻實際上是蒸發散熱、接觸散熱和輻射散熱三個過程的共同作用。蒸發散熱和接觸散熱是主要的，輻射散熱很小。

二.為何用水來冷卻設備或產品
自然界中存在大量的氣體和各種液體，為什么用水冷卻設備或產品呢？理由有以下三點：
1.水的比熱大，其比熱為1kcal/（kg·℃），就是說1kg水溫度升高或降低1℃，可吸收或放出1000cal熱量。則用1kg水去冷卻設備或產品時，水溫升高5℃，理論上可吸收設備或產品5000cal熱量。
2.水的價格相對便宜，一般來說，只要提升水的水泵電費和水的凈化處理費，水與其他液體、氣體相比，不但價格便宜，貨源也相對充足。
3.水的汽化熱大：在0℃時，1kg水的汽化熱為597.3cal。什么叫汽化熱？就是說1kg0℃的水變為0℃的水蒸氣時所吸收的熱量稱汽化熱。那么汽化熱有什么意義呢？就是說1kg0℃的水，其蒸發1%的水量，可使1kg水水溫降低6℃。
用水去冷卻生產設備和產品，使生產設備和產品的溫度降低了，把熱量傳給了水，使水溫升高了，這個過程就是傳導散熱。
     水在冷卻塔中進行冷卻的過程中，把水形成很小的水滴或極薄的水膜，擴大了水與空氣的接觸面積和延長接觸時間，是加強水的蒸發汽化，帶走水中的大量熱量，所以水在冷卻塔中冷卻的過程是傳導散熱和蒸發散熱過程。
空氣中能容納一定量的水蒸氣，當空氣中水蒸氣少的時候，氣候很干燥，天氣也較好；當空氣中水蒸氣較多時，會感到很潮濕；當空氣中水蒸氣很多時，會出現很小露點。這說明空氣能接納水蒸氣，同時說明空氣接納水蒸氣時有一定限度的，當空氣中出現小露點時，說明空氣接納的水蒸氣已經“滿”了，不能再接受了，即空氣中的水蒸氣達到了飽和，稱為飽和水蒸氣。
水在冷卻過程中，只要空氣中的水蒸氣還未達到飽和，則熱水表面直接與空氣接觸時，就會不斷地散發出水蒸氣跑到空氣中去。熱水表面的水分子在化為水蒸氣的過程中，將從水中吸收熱量，使水得到冷卻。

三.水的蒸發散熱
     從分子運動理論來說，水的表面蒸發是由分子熱運動而引起的，分子的運動又是不規則的，各分子的運動速度大小不一樣，波動范圍很大。當水表面的某些水分子的動能是以克服水內部對它的內聚力時，這些水分子就從水面逸出，進入空氣中去，這就是蒸發。由于水中動能較大的水分子逸出，那么余下來的其他水分子的平均動能減小，水的溫度也隨之降低，使水得到冷卻，這就是蒸發散熱的主要原因。所以水的蒸發散熱是水分子運動的結果。
水的蒸發散熱可以在沸騰時進行，也可以在低于沸點的溫度下進行，而自然界中的蒸發散熱大都是屬于低于沸點的溫度下進行的蒸發。如濕衣服晾干、潮濕地面變成干燥以及熱水在冷卻塔內的冷卻等都是低于沸點的情況下進行的蒸發現象。所以說，當水溫<氣溫的情況下，水照樣會得到冷卻，其道理就在于低于沸點下的蒸發散熱。
從水面逸出去的水分子，相互之間可能進行碰撞，或者逸出去的水分子與空氣中已有的水分子之間進行相互碰撞，那么又可能重新進入到水中。如果在單位時間內逸出水分子多于回到水面中來的水分子，那么水就不斷地蒸發，水溫也就不斷地降低，水就不斷的蒸發，水溫也就不斷地降低，水就得到冷卻。
     水的表面蒸發因在水溫低于沸點的情況下進行的，這時，水和空氣的相交面上存在著蒸汽的壓力差，一般認為水與空氣的接觸中，在其交界面處存在著一層極薄的飽和氣層，稱為水面飽和氣層。水首先蒸發到飽和氣層中去，然后再擴散到空氣中去。

四.水的傳導散熱和對流散熱
     傳導散熱也稱接觸散熱，有時也稱接觸傳導散熱。這種散熱是指熱水水面與空氣直接接觸時的傳熱過程，包括傳導和對流兩種傳熱形式。如水的溫度與空氣溫度不一樣，將會產生傳熱過程，當水溫高于空氣溫度時，水就把熱量傳給空氣，空氣自身的溫度就逐漸升高，使水面以上周圍空氣內部的溫度不均勻，這樣冷空氣與熱空氣之間就產生對流作用（注：對流只發生在流體中，而傳導是指傳熱的分子之間無混合現象），對流的結果是使空氣本身各點的溫度達到一致，最后到水面溫度與空氣溫度一致時傳導散熱停止。上述可見：傳導和對流是同時發生的，總稱為“接觸散熱”。

五.水的輻射散熱
     輻射散熱不需要傳熱介質的作用，是一種由電磁波的形式來傳播熱量的現象。如平時見到的火爐烤得很熱，太陽曬得很熱等都是輻射熱。輻射散熱只有在大面積的冷卻池中才起作用，在其他類型的冷卻設備中（含各類冷卻塔），可以忽略不計。
     從水的冷卻理論來說，水在冷卻過程中，同時存在蒸發、傳導對流、輻射三種散熱現象，因輻射散熱在冷卻塔中很小，故常不計在內。蒸發散熱與接觸散熱哪個起主導作用，視不同季節的水氣溫度差而定。在一年的春夏秋三季中，水與空氣的溫差相對較小，以蒸發散熱為主，特別是炎熱的夏天，蒸發散熱占總散熱量的80%~90%，而接觸散熱會提升到主導主用，其傳熱量會占到總散熱量的50%以上，在寒冷地區，可達到70%。