喷淋室-填料式直接蒸发冷却器的实验测试与模拟研究

摘要

现如今经济快速发展，人们追求高质量的工作、学习、生活，而健康和舒适是大家追求的共同主题。空调设备步入人们生活中是一大进步，其在建筑能耗统计中约占到50％，随之而来的能源消耗、环境污染问题也备受关注。“十三五”计划提倡共赢发展、共享发展、绿色发展、创新发展、协调发展，因此，低能耗、低品位能源等被鼓励采用。蒸发冷却技术主要是以水为制冷剂，属于绿色能源范围，适合在西北地区干旱地方推广使用。近年来，蒸发冷却技术在空调相关领域的研究及应用都取得显著的成效。
　　兰州属于中国干热地区，气候干燥，冬季和夏季的干、湿球温度相差较大，且昼夜温差也较大，适合直接蒸发冷却技术的推广和应用，能有效减少能源消耗，且节能环保。
　　本文陈述了喷淋室、直接蒸发冷却技术在国内外的发展概况，对新型喷淋室—填料式直接蒸发冷却器的总体结构进行介绍，进一步对空气和水之间的热质交换过程进行理论分析。准备实验台，确定研究方案，对不同的填料用量和喷淋室淋水量进行实验测试，对进、出口干湿球温度，相对湿度和冷却效率的数据结果进行分析，确定最经济的组合方式。对直接蒸发冷却器中的填料部分建立数学模型，模拟其在不同进口工况下的温度场变化，对比模拟数据和实验数据，分析模拟结果的可靠性，并对影响填料冷却性能的迎风速率和淋水量进行温度场模拟，确定最适合的范围。最后总结全文，对直接蒸发冷却技术的发展进行展望。得出的结论如下:
　　(1)当未加喷淋室，只有直接蒸发冷却器时，进口空气温度在26～34℃，经过测试对应出口的温度在21～27℃，冷却效率在44％～56％，相对湿度在75％左右变化。
　　(2)在喷淋室—填料式直接蒸发冷却器中，保持进口状态参数不变，当测试的进口干球温度范围在26～34℃之间，分别测试喷淋水在2.77 m3/h、4.25 m3/h、5.21 m3/h、5.90 m3/h四种不同流量情况下分别使用不同填料用量（完整填料、7/8填料、3/4填料、5/8填料、1/2填料），测试出口干球温度、相对湿度和冷却效率。结果表明，填料用量越少，降温效果越差，冷却效率则越低。当使用1/2填料，喷淋水量为5.90m3/h时，冷却效率比未加喷淋室使用全部填料时的冷却效率要高，说明用喷淋水可代替部分填料的冷却作用，此种搭配更加经济。根据实际需要可增加填料，冷却效率相对更高，但设备费用也相对增加。
　　(3)当填料用量恒定，改变喷淋水量，水量使用越多，冷却效率就越高，空气的相对湿度会增大，可高达90％。
　　(4)对填料的迎风速度和淋水速度进行模拟，观察填料内部的温度场变化，有利于对填料的冷却性能做进一步的研究。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题研究背景

1．3 国内外动态、水平

1．3．1 国外研究概况

1．3．2 国内研究概况

1．4 课题研究的目的和意义

1．4．1 课题研究的目的

1．4．2 课题研究的意义

1．4．3 课题研究目前存在的问题

1．5 课题研究的内容和方法

1．5．1 课题研究内容

1．5．2 课题研究方法

2 喷淋室—填料式直接蒸发冷却技术理论

2．1．1 直接蒸发冷却原理

2．1．2 直接蒸发冷却器的结构

2．3 喷淋室—填料式直接蒸发冷却器各功能段介绍

2．3．1 过滤段介绍

2．3．2 加热段介绍

2．3．4 喷淋室介绍

2．3．5 直接蒸发冷却器填料段介绍

2．4 喷淋室—填料式直接蒸发冷却器传热传质研究

2．4．1 喷淋室内空气与水传热传质过程

2．4．2 直接段热质交换过程分析

2．5 小结

3 喷淋室—填料式直接蒸发冷却器的实验测试

3．2 实验台测试布置

3．3 实验台测试相关仪器

3．4 实验台相关数据测试及方法

3．4．1 喷淋室—填料式直接蒸发冷却器冷却效率的测试

3．4．2 各功能段的阻力测定

3．4．3 风量的测定

3．4．4 喷淋室—填料式直接蒸发冷却测试方案

3．5 实验结果及分析

3．6 经济性分析

3．7 小结

4 喷淋室-填料式直接蒸发冷却器的数值模拟研究

4．1 物理模型的建立

4．1．1 物理模型的简化及选定计算区域

4．1．2 基本假设

4．1．3 控制方程

4．1．4 边界条件

4．2 直接蒸发冷却器数值模拟过程

4．2．1 数值计算方法

4．2．2 网格的划分

4．2．4 后处理

4．3 数值模拟的流程

4．4 数值模拟的结果

4．4．2 出口空气的干球温度模拟

4．5 模拟与实验数据对比分析

4．6 不同工况下出口空气干球温度的模拟

4．6．1 填料的不同淋水速度的模拟分析

4．6．2 不同的空气入口速度对出口空气干球温度的模拟分析

4．7 小结

5 结论与展望

5．2 不足之处

5．3 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果