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基于ε-NTU方法的M循环过程热质传递性能研究

于汝娴  
【摘要】:本文基于显热传递过程的方法,详述了传统单级间接蒸发冷却和有部分回热的间接蒸发冷却的工作原理。通过显热过程传热—单元数方法,研究间接蒸发冷却传递性能的计算式,并对有部分回热的逆流形式改进模型进行了详细推导。从传热方程入手,采用对温度的数学代换方法,提出适用于M循环间接蒸发冷却效能的计算方法,得到多节通道串联系统的换热效能计算式。首先,本文基于传热学中换热器设计与校核相关理论,对显热传递过程的逆流形式系统效能进行了详细推导,由此引入改进的回热式单级间接蒸发冷却效能的计算方法。在此计算式中,效能与一次空气进、出口干球温度和二次空气进口湿球温度有关。根据ASHRAE标准中间接蒸发冷却湿球效率的定义式,效能与一次空气进、出口干球温度差和一次空气进口湿球温度有关。基于方法,通过对温度值的数学代换,推导出多节通道串联的M循环间接蒸发冷却的湿球效率,并对其中部分变量做出合理的假设,以得到更为简化的系统效能表达式。此式与传统的间接蒸发冷却效能表达式相比,将二次空气进口湿球温度这一变量用一次空气进口湿球温度代换,避免了对变量不易求得和迭代的情况,从而将M循环系统的效能与间接蒸发冷却湿球效率联系起来。根据文献已知的效率计算公式和本文推导的效能计算式,以一个初始进风量为0.00387 kg/s,二次空气出风量为0.00232 kg/s,最终的送风量为0.00155 kg/s的换热器模型,将其分别看作由1、2、3节通道串联而成的系统,进行M循环系统推导式的可行性和准确性验证,同时对推导过程中简化假设的合理性进行分析。另外,利用本文推导式,通过对变量(通道数目、NTU值和Cr值)的控制,结合实际工程应用对M循环过程传递性能进行了分析。针对不同的系统分析了最佳NTU和Cr的取值范围,对更多节通道系统进行了推断,为换热器尺寸和设备能耗优化提供了一定的理论依据。最后,对回热式串联结构的系统换热效率进行了计算,对比了两种系统效能计算结果,分析得到当换热器布置为多节通道串联形式时,采用M循环系统形式的优势。基于理论和计算结果,对M循环系统进行综合评价,分析了其可行性和应用前景。


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