聚合物—多孔陶瓷复合膜露点间接蒸发冷却器理论与实验研究

发布时间：2020-10-25 07:12

　　 蒸发冷却空调因其高效的节能效果在炎热干燥地区的应用越来越受到人们的关注。然而现阶段蒸发冷却空调产品普遍面临着以下的技术障碍:1.较低的冷却效率;2.较低的温降幅度;3.较大的设备体积;4.对周围环境较高的依赖度。这些技术障碍大大制约了蒸发冷却空调的推广与应用。露点间接蒸发冷却技术因其较高的冷却效率、紧凑的芯体结构、较大的温降幅度等优势,已经成为国内外蒸发冷却空调技术研究的主要方向。本文从新型亲水性材料和新型冷却器结构出发,提出一种聚合物-多孔陶瓷复合膜露点间接蒸发冷却器。分别从露点间接蒸发冷却传热传质数学模型的建立、材料亲水性实验、冷却器性能实验、冷却器仿真模拟等方面对该露点间接蒸发冷却器进行了系统的研究。(1)从热力学传热传质的角度,分别建立了叉流式与逆流式露点间接蒸发冷器传热传质的数学模型。(2)材料亲水性研究方面,针对纺织布料、无纺布材料、聚合物纤维材料、牛皮纸材料等的芯吸能力、扩散润湿能力、吸湿和放湿能力等进行了实验研究。同时使用场发射扫描电镜生成材料的表面微观结构图像。实验结果表明,聚合物材料的亲水性极为优越。在吸湿放湿试验中,其吸湿放湿能力是测试4种材料中性能是最好的。吸湿过程中最高可以增加自身重量6.05%的水分,放湿过程中最高可以减少材料自身重量的6.21%的水分。通过扫描电镜观察,也可以清晰地看到,聚合物材料中的空隙是最多的。可以预见的是由于这些织物材料性能的优越性,对于提高露点间接蒸发冷却系统效率会带来了较大的潜力。(3)针对新研发的逆流式露点间接蒸发冷却器,通过在焓差实验室内模拟标准干燥、标准高湿、新疆乌鲁木齐、甘肃酒泉、陕西西安等5种不同的环境工况,对该露点冷却器的性能进行实验测试分析。实验数据表明,在标准干燥环境工况(干球温度38℃,湿球温度23℃),空气流量比二次空气/一次空气=1.1条件下,该逆流式露点冷却器湿球效率达到105.6%,露点效率达到76%,制冷量最高为2.83kW,干球温度温降幅度可达15.2℃。该逆流式露点冷却器的冷却性能对比传统间接蒸发冷却器60%?80%的湿球效率有着大幅度的提升。(4)针对复合式、交叉式、逆流式三种不同的露点冷却器的技术原理、结构形式、传热传质特点进行了对比分析。同时针对这三种不同的露点冷却器在实验室模拟工况或者实际应用的条件下对其湿球效率、露点效率、温降幅度、制冷量等进行实验研究。结构参数方面,提出露点换热芯体―流量/体积比‖的概念,计算复合式、交叉式、逆流式这三种露点换热芯体的―流量/体积比‖分别为2.025、2.143、2.058,基本保持一致。性能实验结果表明,冷却效率方面,这三种露点冷却器的湿球效率均可以突破100%。干燥气候条件下,复合式露点冷却器湿球效率达到110%,露点效率达到75%左右。对于交叉式露点冷却器,在标准干燥工况条件(干球温度38℃,湿球温度23℃)下,湿球效率达到100%左右,露点效率达到70%左右。而逆流式露点冷却器在同样标准干燥工况条件(干球温度38℃,湿球温度23℃)下湿球效率105.6%,露点效率76%左右。在干燥环境条件下,这三种露点冷却器的露点效率均可达到70%以上。在温降幅度方面,交叉式露点冷却器进出风湿球温降温降在3℃?5.5℃之间,标准干燥条件下,进出风平均干球温降在15℃左右。逆流式露点冷却器进出风湿球温降在4℃?5.5℃之间,同样在标准干燥工况条件下,进出风平均干球温降在15.2℃左右。均大大高于复合式露点冷却器。(5)使用三维建模软件SolidWorks2014,对逆流式露点间接蒸发冷却换热芯体进行三维建模。应用SolidWorks软件中Flow-Simulation工具对该露点冷却器内部流体的热交换进行仿真模拟。
【学位单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU831
【部分图文】：

图 1-1 Coolerado 空调器实物图与结构图表 1-4 Coolerado 空调器各项参数型号 M30 M50 C60风量 1530m3/h 2460m3/h 2700m3/h功率 450W 710W 710W换热芯体 3 个 5 个 3 个湿球效率 93% 120% 94% 120% 94% 120%图 1-2 为美国 Coolerado 公司出品的 H80 空调机组，该机组为露点间接蒸发冷却与机械制冷复合一体化空调机组。其中露点间接蒸发冷却换热芯体为机组的核心功能段。额定风量 2700m3/h，EER（能效比）为 21 至 51 高于标准条件，COP（制冷系数）为 6 15。H80 空调机组主要应用于商业建筑、居住建筑等，可以给 280 ㎡面积大小的房间提供制冷量。该空调机组拥有全新风和混合风两种运行模式。根据美国加州大学戴维斯分校（University of California, Davis）等单位的测试结果[41]显示，在机组运行的整个 9 月份，

（b）运行模式图图 1-2 Coolerado H80 空调机组(3) ISAW TAC-150 和 TAC-2000 系列是由英国 CET 公司研发的一系列家用露点蒸发式空调器，如图 1-3 所示。它们的核心部件是一种叉流式露点间接蒸发冷却器产商的数据表明，该换热器的湿球效率和露点效率可分别能达到 110% 120%和 585%。

10（a）TAC-150 （b）TAC-2000图 1-3 ISAW 蒸发式空调器表 1-5 ISAW 蒸发式空调器各项参数型号 TAC-150 TAV-2000送风风量 150m3/h 2000m3/h功率 30W 250W制冷量 400W 8700W耗水量 1.05L/h 13L/h 是戴维斯能源组织开发的蒸发冷却空调机组，如图 1-4 所示接蒸发冷却段，对进口空气进行预先冷却。第二级为直接蒸入式风机首先进入逆流式露点间接蒸发冷却段，其中 30%的的穿孔进入相邻湿通道内，与水膜热湿交换以后排入室外，
【参考文献】

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1 王玉刚;王怡;黄翔;黄华铃;陈明松;;一种新型露点间接蒸发冷却器在我国不同气候区适用性的试验研究[J];流体机械;2015年08期

2 刘佳莉;黄翔;孙哲;黄华铃;;新型复合式露点间接蒸发冷却空调机组的试验研究[J];流体机械;2014年05期

3 宋姣姣;黄翔;范坤;黄华铃;陈明松;;交叉式露点间接蒸发冷却空调机组应用于模拟机房的试验研究[J];流体机械;2014年04期

4 夏青;黄翔;周海东;白延斌;孙铁柱;;实现亚湿球温度的蒸发冷却空气处理流程综述[J];制冷与空调;2013年05期

5 周海东;黄翔;范坤;;露点间接蒸发冷却器结构对比分析[J];流体机械;2013年02期

6 黄翔;刘小文;吴志湘;黄华铃;;露点间接直接蒸发冷却空调机组的实验研究[J];暖通空调;2011年05期

7 刘小文;黄翔;吴志湘;;露点间接-直接蒸发冷却空调特性及换热分析[J];纺织高校基础科学学报;2010年04期

8 毛秀明;黄翔;文力;;多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器实验研究[J];建筑科学;2010年04期

9 张强;郝玉涛;杨双;马清波;;露点间接蒸发冷却技术的研究进展及现状分析[J];制冷与空调;2010年01期

10 狄育慧;刘加平;黄翔;;蒸发冷却空调应用的气候适应性区域划分[J];暖通空调;2010年02期

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3 刘佳莉;新型复合式露点间接蒸发冷却空调机组在住宅建筑的应用研究[D];西安工程大学;2015年

4 宋姣姣;交叉式露点间接蒸发冷却空调机组在通信机房/基站中的应用研究[D];西安工程大学;2015年

5 周海东;通信机房（基站）用蒸发冷却空调的应用研究[D];西安工程大学;2013年

6 刘小文;露点间接—直接蒸发冷却空调机组的优化设计[D];西安工程大学;2011年

7 杨勇;基于SolidWorks的CFD前后处理软件的设计与实现[D];重庆大学;2008年

8 陈俊萍;露点间接蒸发冷却器优化及应用研究[D];西安工程大学;2008年

本文编号：2855638