大焓差蒸发冷却水冷冷凝器的研究

发布时间：2017-10-03 18:07

  本文关键词：大焓差蒸发冷却水冷冷凝器的研究

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【摘要】：在建筑节能中,蒸发冷却技术越来越受到冷却、空调、制冷行业的关注,提高蒸发冷却装置的换热效率,对节能减排有重要意义。本课题提出了一种大焓差蒸发冷却水冷冷凝器。该装置将蒸发式冷凝器与水冷冷凝器串联,制冷剂蒸汽冷凝区被分为高温显热蒸发冷凝区与低温潜热水冷冷凝区。在蒸发冷凝区内,喷淋水和空气与盘管内高温制冷剂蒸汽换热,空气被二次加热,热容量大,空气进出口焓差增大。大焓差蒸发冷却水冷冷凝器,结构紧凑,换热密度大,喷淋水循环水量小,是一种高效低耗的冷凝设备。大焓差蒸发冷却水冷冷凝器工作过程涉及气液两相流耦合的流动特性和传热传质特性,流场复杂,需对其进行理论计算、实验研究与数值模拟。首先,在热质交换理论的基础上,构建了蒸发冷却器盘管区与填料区热质交换数学模型。采用MATLAB编写串联盘管区与填料区的数学模型,预测不同工况下大焓差蒸发冷却器的热力性能。其次,通过搭建测试大焓差蒸发冷却器热工性能的试验台,进一步研究喷淋水密度与空气流量对冷却性能的影响,为数值模拟研究提供基础的实验数据。本文还采用FLUENT软件,模拟大焓差蒸发冷却器内部的换热过程,并分析了喷淋水与空气传热机理。本文通过理论分析、数值模拟、与实验测试,得到了以下结论：在固定风量条件下,增加喷淋水流量,喷淋水出口温度先上升后趋于平缓,盘管内流体温度先下降后趋于平缓。当喷淋水密度在2.5 kg/(m2·s)～3.0kg/(m2·s)范围内,空气流量在2.0 kg/(m2·s)～2.8 kg/(m2·s)范围内,蒸发冷却器效果接近最优。随着喷淋水密度的增加,管外水膜换热系数aw非线性增加,其趋势趋于平缓。管外水膜换热系数aw可拟合成变量为喷淋水密度的关系式：aw=302(Γ/d0)0.67。大焓差蒸发冷却水冷冷凝器喷淋水温差大、流量小,比某厂家蒸发式冷凝器空气进出口焓差提高约5%-23%,风系统输送能耗降低2%-12%,制冷剂冷却系统输送能耗可降低1%-23%。本课题通过对大焓差蒸发冷却水冷冷凝器的研究,丰富了蒸发式冷却器的理论与应用体系,为进一步研究蒸发式冷却器的性能及冷却系统节能优化设计提供了参考。
【关键词】：蒸发冷却 热质交换 DPM模型 热工性能 节能
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12
• 1.2 蒸发式冷却器概念及分类12-13
• 1.3 冷却塔概念及分类13-14
• 1.4 国内外研究现状14-16
• 1.4.1 冷却塔研究现状14-15
• 1.4.2 蒸发冷却技术研究现状15-16
• 1.5 大焓差蒸发冷却水冷冷凝器的工作原理和特点16-19
• 1.5.1 蒸发冷却水冷冷凝器的工作原理17-18
• 1.5.2 蒸发冷却水冷冷凝器的特点18-19
• 1.6 本课题的研究内容19-20
• 第2章 理论分析及数学模型20-33
• 2.1 传热传质理论分析20
• 2.2 模型物理描述20
• 2.3 盘管区数学模型建立及整理20-26
• 2.3.1 盘管区数学模型建立20-23
• 2.3.2 盘管区数学模型的求解23-24
• 2.3.3 盘管区数学模型各物性参数的确定24-26
• 2.4 填料区数学模型建立及整理26-30
• 2.4.1 填料区数学模型建立26-28
• 2.4.2 填料段数学模型求解28-29
• 2.4.3 填料区数学模型各物性参数确定29-30
• 2.5 MATLAB程序简介30-32
• 2.5.1 输入原始变量参数30
• 2.5.2 数学模型计算30-31
• 2.5.3 输出计算结果31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 试验台设计与实验方案33-42
• 3.1 试验台系统简介33
• 3.2 试验台运行流程33-34
• 3.3 试验台装置设计34-35
• 3.3.1 试验台主体设计34
• 3.3.2 喷淋水配水设计34
• 3.3.3 换热盘管设计34
• 3.3.4 淋水装置设计34-35
• 3.3.5 通风系统设计35
• 3.3.6 循环喷淋水系统设计35
• 3.3.7 盘管内热流体循环系统设计35
• 3.4 实验测试参数及仪表布置35-38
• 3.4.1 空气侧测试参数及仪表布置35-36
• 3.4.2 喷淋水侧测试参数及仪表布置36
• 3.4.3 盘管内热流体测试参数及仪表布置36-38
• 3.5 测试参数调节38-39
• 3.6 实验方案39-41
• 3.6.1 实验目的39
• 3.6.2 实验工况设计39
• 3.6.3 实验操作及规程39-40
• 3.6.4 实验误差分析40-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 数值模拟计算方法及CFD模型42-54
• 4.1 FLUENT程序介绍42-43
• 4.1.1 计算流体力学42
• 4.1.2 离散相DPM模型42-43
• 4.1.3 多孔介质模型43
• 4.1.4 湍流模型43
• 4.1.5 FLUENT求解器及算法43
• 4.1.6 离散方法43
• 4.2 模型控制方程43-47
• 4.2.1 DPM连续相(空气)控制方程43-44
• 4.2.2 DPM离散相(水滴)控制方程44-45
• 4.2.3 连续相与离散相耦合计算方程45-46
• 4.2.4 多孔介质模型控制方程46-47
• 4.3 大焓差蒸发冷却器数值模型建立47-52
• 4.3.1 难点与解决方案47-48
• 4.3.2 网格划分48-49
• 4.3.3 蒸发冷却器数值模拟条件设置49-52
• 4.4 计算方法验证52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 结果及性能分析54-76
• 5.1 数值模拟计算结果54-57
• 5.2 可靠性验证57-59
• 5.2.1 实验可重复性验证57-58
• 5.2.2 数学模型可靠性验证58-59
• 5.3 管外水膜换热系数59-62
• 5.4 换热效果影响因素及运行参数优化62-71
• 5.4.1 影响盘管内热流体温度变化的因素及运行参数优化63-66
• 5.4.2 影响喷淋水温度变化的因素及运行参数优化66-71
• 5.5 节能分析71-74
• 5.5.1 空气系统输送能耗71-72
• 5.5.2 冷却系统输送能耗72-74
• 5.6 本章小结74-76
• 结论与展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目82

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