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直接蒸发冷却器传热温度场模拟与试验研究

郑宗达  
【摘要】:进入二十一世纪后,人类正面临越发严峻的能源和环境问题,而建筑作为耗能大户尤为受到重视。在建筑能耗中,空调占的比例接近50%,在夏季用电高峰时段空调更对电网造成了沉重负担。因此,提供一种低能耗、低污染的空调是解决上述问题的一种有效途径。蒸发冷却技术是一种以水为作为制冷剂具有节能、环保特点的制冷方式。近年来,空调行业学者对蒸发冷却技术进行了大量的研究,并取得了一定成果。 兰州是一个以石油、化工、冶金和机械制造为支柱产业的西北重要城市,目前,该地区的民用和工业建筑夏季仍主要采用传统的机械制冷进行供冷。“十二五”期间兰州市将实现单位总产值能耗降低3.66%的目标,并积极推行一些列低能耗、绿色环保的建筑项目。兰州地处中国内陆干热地区,夏季干球温度较高、湿球温度较低,昼夜温差较大,降水少,这种气候条件对直接蒸发冷却的进行十分有利。 本文介绍了直接蒸发冷却技术在国内外的研究进展,根据目前面临的环境和能源问题,以及直接蒸发冷却技术在能耗、环保和推广运用方面具有的优势,阐述了直接蒸发冷却技术研究的必要性,提出了本文研究的目的和研究内容。以兰州地区室外环境为依据,搭建了直接蒸发冷却器试验台,以研究其实际运行的性能。通过试验测试与数值模拟的方法,分析不同的室外环境空气状态参数、迎面风速等对直接蒸发冷却器热工性能的影响。 (1)通过分析直接蒸发冷却基本原理——空气与水之间的传热传质机理,并根据热质交换计算方程,从理论上分析影响直接蒸发冷却器性能的主要因素。 (2)以直接蒸发冷却技术文献资料、基本理论和相关规范为基础搭建了试验台,对各功能段和风量测试装置的选型设计作了说明。阐述了试验台测点的分布情况,介绍了试验测试仪器和试验测试的理论基础。通过对试验结果的分析,了解了直接蒸发冷却器试验台的冷却效果,以及室外空气状态参数度对对直接蒸发冷却器热工性能的影响。 (3)根据直接蒸发冷却器试验台的结构特性,建立了试验台的物理模型,并对其进行了简化。为了便于进行数值模拟,在直接蒸发冷却传热传质机理与物理模型的基础上作了相关假设,以水膜通道为基础研究直接蒸发冷却过程中空气与水的热质交换。根据传热传质学和流体力学相关理论,建立了直接蒸发冷却器的数学模型,提出了直接蒸发冷却数值模拟的控制方程、边界条件、网格划分、后处理和具体模拟工作流程。利用试验数据检验数值模拟的可靠性,得到模拟值和测试结果的误差基本在规定范围内。通过数值模拟的方法分析了进风口空气干球温度和填料的迎面风速对直接蒸发冷却器试验台热工性能的影响。


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