风冷与蒸发冷却并联复合型冷却塔结构设计及优化分析

摘要

风冷与蒸发冷却复合型冷却器是采用空冷翅片管和蒸发冷却光排管并联连接作为换热单元的一种高效节能换热构件，属于管式间接蒸发冷却器(Indirect Evaporative Cooler)的一种复合模式。复合型冷却器的特点是系统能依据不同季节的气候变化情况可进行运行模式的切换，有效节约系统运行能耗。通过合理的分析和设计其流量分配和面积配比，使该设备能提高其换热效率并且具有良好的经济性和节能性。
　　首先，本课题研究是基于热湿交换理论，通过翅片管和喷淋水中光盘管的传热传质过程分析，建立出各自的传热传质微分方程组。针对微分方程组中各变量进行假设，计算得到微分方程的近似解，为后续的复合型冷却系统设计奠定坚实的理论研究基础。
　　其次，复合型冷却器实际运行包含着复杂的热交换形式，为便于理论的研究，本课题对研究模型进行了简化，对两种不同工况的换热形式进行分析。课题选用济南市某化工厂作为实例进行研究，在工厂工艺对冷却水量和水温需求确定的前提下，采用计算机程序对不同流量配比时翅片管与光盘管的出口温度进行计算，结合济南市典型气象年的设计用室外气象参数，推导计算得到翅片管与光盘管的理论设计表面积。为简化后续工程设计参数确定的过程，本文基于Visual Basic计算机语言编制了计算机仿真程序可视化窗口软件。设计师可通过不同地区的设计用室外气象参数、所选用的热工艺介质参数、以及喷淋参数等基础数据的手动输入，进而计算得到翅片管与光盘管的理论出口温度和设计表面积。
　　最后，本文还对该冷却器进行了多目标优化研究。在不同的设计工况下以最小传热单元数即最小换热面积为目标函数，以能效为约束条件，通过计算得到不同工况下传热单元数随着流量配比的的变化趋势，从而得到最优流量配比的范围。可以计算得到多种面积配比的方案，结合设备的寿命周期总费用LCC最小为目标函数，分别计算各方案时设备的初投资和全年运行费用，从中选取符合多目标达到优化的面积配比方案。在方案的基础上进行校核停止喷淋水时管外的气候温度值，从而确定设备停水时间节点，针对该时间节点对设备提出一套运行方案，严格执行方案并对该种形式的冷却塔的节能运行、操作管理方面提出了要求，从而能达到优化效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题概述

1．2 蒸发冷却技术原理及应用

1．2．1 蒸发冷却技术原理

1．2．2 蒸发冷却技术的应用

1．3 课题研究现状

1．3．1 国外研究发展

1．3．2 国内研究现状

1．3．3 发展动态及趋势

1．4 本课题的研究内容

第2章 风冷与蒸发冷却复合型冷却塔分析及模型建立

2．1 概述

2．2 复合型冷却器的传热传质过程的模型建立

2．2．1 模型中的假设

2．2．2 数学模型的建立

2．2．3 传热传质过程的基本方程

2．3 数学模型中参数值

2．3．1 翅片管部分传热系数

2．3．2 喷淋管部分传热系数

2．3．3 光盘管无喷淋水时的对流换热系数

2．4 各个部分的压力损失计算

2．4．1 盘管管内压力损失计算

2．4．2 盘管管外压力损失

2．5 冷却器传热传质过程的解析求解

2．5．1 湿光管区相关简化

2．5．2 湿光管区的边界条件

2．5．3 数学模型的求解

2．6 本章小结

第3章 风冷与蒸发冷却复合型冷却塔模型计算与仿真

3．1 概述

3．2 复合型冷却器的热工计算方法

3．2．1 模型的简化及假设

3．2．2 流量配比设计过程

3．2．3 面积配比设计过程

3．2．4 面积计算

3．3 复合型冷却器计算机仿真

3．3．1 复合型冷却器软件计算简介

3．3．2 复合型蒸发冷却器计算软件程序流程

3．4 小结

第4章 风冷与蒸发冷却复合型冷却塔流量及面积优化分析

4．1 概述

4．2 冷却器优化设计的基本原理

4．3 优化过程计算

4．3．1 模型的优化方法

4．3．2 流量配比优化

4．4 设备面积最终确定

4．4．1 目标函数

4．4．2 初投资CF

4．4．3 系统全年的运行费用CO

4．4．4 设备的寿命周期总费用的优化计算

4．4．5 不加喷淋水时气候校验及运行方案管理

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 课题展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况