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一种露点空气冷却器的性能研究

马许仙  
【摘要】:利用水自然蒸发吸收的潜热进行空气冷却,极限状态可以将空气冷却至其露点温度,是一种适用于空调使用的绿色制冷技术。尽管国内外学者进行了大量的研究工作,有效提高了露点空气冷却器的效率,但其单位设备体积的制冷量仍比较低。本文试图在前人研究的基础上,找到进一步优化设备和提高制冷效率的途径,并加以理论和实验验证。为此,本文在深入文献调研的基础上,找到蒸发介质和设备结构作为突破口,进行了实验测试和结构优化设计,并对新的设计开展了模拟仿真研究。首先,为了弄清楚作为蒸发冷却设备性能评价基础的水系统测试标准,本文对国内外行业标准进行了深入分析,确立了适用的蒸发效率及用水效率的测试方法和计算公式。然后,对Coolmax吸湿速干纤维材料的吸湿性能和散湿性能进行了实验测量。实验结果验证并量化了材料的吸水和蒸发性能,为后续结构设计的创新奠定了基础。并且,为了进一步验证该材料的实用性,本文提出并实验验证了一种新型的材料热复合加工工艺,用于Coolmax纤维材料与金属换热板的加工成型。在验证了露点空气冷却器核心热湿交换器成型工艺的基础上,本文设计了一种以Coolmax作为湿面材料的新型露点空气冷却器。区别于传统蒸发冷却器,该结构以浸没方式布置水系统,而取消了一般必备的水泵及布水系统,减少机组电耗的同时,优化了系统水、气流组织。最后,为了了解新型结构内部的热湿过程规律,本文利用多物理场仿真软件COMSOL进行了建模和性能仿真研究,主要模拟分析了干湿通道耦合的温度场、速度场和湿度场。通过对通道内热湿交换过程的仿真分析得到,湿通道前0.6 m蒸发活跃,以潜热交换为主;而之后,湿通道内空气趋于饱和,蒸发不明显,进行单纯的显热交换。该结论对于优化热湿交换通道长度和换热器结构非常重要。还研究了制冷性能随一次空气温度、流速、湿度、工作空气比、通道间距和通道长度等参数变化的规律,得出最佳空气通道间距4~5 mm,在工作空气比为0.3时可以达到最佳制冷工况。


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