密闭式冷却塔内盘管区热工性能的实验研究与数值模拟

摘要

近年来，随着我国经济的发展，国民经济对水的需求量以惊人的速度增长，然而我国的水资源有限，许多城市缺水，为了有效解决目前经济发展和水资源短缺的矛盾，对国民经济提出了节水的要求。利用冷却塔对工业用冷却水进行循环使用，是最直接、最简单、最易行、见效最快的节约水资源的技术路线，在节水的同时，还能取得保护水资源的效果，其广泛应用于冶金、石油、化工、动力、纺织等行业，并且又从工业拓展到民用，如应用于大楼中央空调系统等。
　　 开式塔是冷却水与空气直接接触，由于利用了水本身的蒸发潜热，冷却效果比较好，但其水质难以得到保障；随着生产的发展，科学技术的进步，出现了密闭式冷却塔，它源于工业用的蒸发冷却器，既有较好的冷却效果，又保证了冷却水的水质，是目前发展较快的一种塔型。
　　 密闭式冷却塔内冷却水与空气和喷淋水进行换热的盘管是密闭式冷却塔内的关键部件，其热工性能对密闭式冷却塔的冷却效率有重要影响。以往对盘管换热能力的研究主要是单独对盘管做性能测试和分析。由于密闭式冷却塔内盘管区的热、质交换机理十分复杂，影响的因素也很多，因此，本课题把盘管放在成型的密闭式冷却塔中进行性能测试和研究。在前人对盘管理论研究的基础上，根据本实验的实际特点，对盘管区建立热、质交换数学模型，以实验测试与数值模拟为主要研究手段，研究盘管区喷淋水、进口空气、管内冷却水等因素对密闭式冷却塔冷却效率的影响趋势，并通过实验测试结果与模拟计算结果的对比分析，验证本课题所建立的盘管区热质交换数学模型的准确性，同时结合盘管区传热传质数学模型，对盘管的传热热阻进行深入的理论分析，找出影响盘管传热性能的关键热阻所在，并从数学上分析各热阻对盘管换热量的影响。在镀锌盘管实验研究的基础上，对其他材质的盘管进行实验研究，在满足密闭式冷却塔冷却效率的前提下，寻求适用于密闭式冷却塔更为经济的盘管材料，以便降低企业的生产成本。
　　 文中通过实验研究和理论分析主要研究了密闭式冷却塔不同工况下盘管区的热工性能，并得到了适合密闭式冷却塔的最佳气水比为0.982，从盘管热工实验和总传热系数计算两方面分析了镀锌盘管替代铜盘管是可行的，希望给密闭式冷却塔设计和研究者带来一些参考。

目录

文摘

英文文摘

主要符号表

主要图表

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 冷却塔的概念及分类

1.3 冷却塔的国内外研究和发展近况

1.3.1 冷却塔的国内外研究状况

1.3.2 冷却塔的国内外发展近况

1.4 密闭式冷却塔的结构和工作原理

1.4.1 密闭式冷却塔的结构

1.4.2 密闭式冷却塔的工作原理

1.5 密闭式冷却塔的特点

1.6 本课题的研究内容

第二章 密闭式冷却塔盘管区热质交换数学模型的建立

2.1 水的冷却原理

2.2 盘管区传热传质数学模型的建立

2.2.1 盘管区传热传质问题的物理描述

2.2.2 盘管区传热传质数学模型的建立

2.3 数学模型中各物性参数的确定

2.3.1 总传热系数

2.3.2 喷淋水侧参数确定

2.3.3 冷却水侧参数确定

2.3.4 空气侧参数确定

2.4 盘管传热数学模型的求解

2.5 本章小结

第三章 密闭式冷却塔实验台的设计

3.1 实验台布置

3.1.1 实验台介绍

3.1.2 运行流程

3.2 实验操作规程

3.2.1 实验前准备工作

3.2.2 实验操作

3.2.3 实验结束

3.3 实验仪表和设备

3.3.1 空气处理设备

3.3.2． 空气侧的测量仪表

3.3.3 水侧的测量仪表

3.3.4 数据采集系统

3.3.5 调节装置

3.4 实验目的

3.5 实验误差分析

3.5.1 温度测量误差

3.5.2 流量测量误差

3.6 本章小结

第四章 密闭式冷却塔不同工况下盘管区热工性能的实验研究

4.1 热平衡计算

4.2 盘管在不同工况下的实验研究

4.2.1 实验工况介绍

4.2.2 镀锌盘管实验研究

4.2.3 铜盘管的实验研究

4.2.4 两种不同材质盘管换热性能的分析比较

4.3 影响盘管热工性能的因素分析

4.3.1 喷淋水对盘管换热性能的影响

4.3.2 进口空气流量对盘管换热性能的影响

4.3.3 空气湿球温度对盘管换热性能的影响

4.3.4 冷却水流量对盘管换热性能的影响

4.4 小结

第五章 密闭式冷却塔内盘管区热质交换数学模型的验证、数值模拟及盘管热阻分析

5.1 盘管区热质交换数学模型的实验验证

5.1.1 数学模型中各参数的确定

5.1.2 实验验证

5.2 盘管传执执阻分析

5.2.1 盘管各热阻的数量级估算

5.2.2 各热阻对盘管传热量影响的数学分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文、专利及奖励

致谢