三级管式间接蒸发冷却空调机组的结构原理研究及温度场模拟分析

发布时间：2017-10-03 19:30

  本文关键词：三级管式间接蒸发冷却空调机组的结构原理研究及温度场模拟分析

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【摘要】：按照科学发展观的要求,调整我国的能源结构,积极推进能源多样化,通过技术创新、开发新型能源,已成为当前迫切的任务。相对于其它新能源,干空气能具有清洁、无污染、不破坏臭氧层、资源分布广泛,适宜就地开发利用等通用优点外,还具有可连续使用、能量密度高、能量利用效率好、无需能量储存装置可直接利用,尤其能将其作为空调系统制冷的动力源而取代常规电能,是一种可持续利用的新能源方式。蒸发冷却空调技术是利用液态的水遇干空气蒸发从而降低温度这一原理来获得冷量,即水和干空气进行热湿交换可得到较低温度的冷风冷水。当干空气的水蒸气分压力处于不饱和状态时具有对外做功的能力,只要存在水源,干空气能就会转化为热能,对于干燥地区,室外的干空气是一种新型的取之不尽、用之不竭的可再生能源。蒸发制冷技术具有节能、环保、高效、空气品质好等诸多优点,是一种真正意义上的可持续发展制冷技术,目前在我国西部地区已经得到了一定程度的推广。蒸发制冷空调技术按其制冷过程可分为直接蒸发冷却与间接蒸发冷却两大类。在直接蒸发冷却(DEC)中,待处理空气在喷淋室中与喷淋水直接接触,干空气遇水蒸发冷却为低温的湿空气,其热处理过程是等焓降温的过程,干空气温度被降低的同时湿度增加,所以直接蒸发冷却适用于炎热干燥的地区,或在房间有冷却加湿的场合使用;在间接蒸发冷却(IEC)中,待处理空气(一次空气)在管道内而用来蒸发冷却的空气(二次空气)在管道外,一次空气被管道隔开只通过管道进行表冷而不会被加湿,故而可以被更广泛地应用。在大力倡导节能环保的当今社会,蒸发冷却空调技术必将会在我国多数地区不断地得到推广和应用。如果只采用直接蒸发冷却或间接蒸发冷却,其温降幅度是有限的,难以实现大幅降温,其应用通常会受地域或使用场所的限制。为了实现大幅度的降温,本领域专家提出了直接与间接相结合的各种形式的多级蒸发冷却机组,高效的机组可将一次空气的温度处理到低于室外空气的湿球温度,甚至接近空气的露点温度。但由于这类机组随着级数的增加设备结构也变得庞大而复杂,能耗较高、操作难度高、适用范围小,不适合住宅建筑及一些商业建筑中使用。因此,提高多级蒸发冷却器的换热效率,增大适用范围是目前迫切需要研究的制冷技术。基于目前蒸发冷却空调的种种优缺点,本课题提出一种完全创新的三级管式间接蒸发冷却空调机组,研究的目的是:实现机组模块化设计,使得机组初投资少,便于控制调节,且冷却效率高。并与现有的多级蒸发制冷空气处理机、干空气能间接蒸发冷水机、间接蒸发冷风冷水机进行比较,得出本课题所设计机组的优缺点及使用范围。本文首先简要分析了国内及国外多级管式间接蒸发冷却器的研究情况,说明此新型机组研究的目的、意义、方法以及目前在该领域仍然存在的一些缺点和问题。并在与现有的三级管式间接蒸发冷却器相对比的基础上设计出新型机组结构简图,分析了新型机组的优缺点。该机组在结构上最大的特点是第二级和第三级的二次空气均取自于上一级的一次空气,所以二次空气温度较低,这样有利于提高机组的整体效率;当然,这就导致所需一次空气风量较大,使得机组体积大。之后详细分析了换热管道内外的传热传质过程和空气、喷淋水流动的具体过程,确定了不同换热过程的热质交换系数。在此基础上建立了管式间接蒸发空气冷却的数学模型,对冷却器的传热传质特性进行了模拟研究,用Fluent软件计算和分析了热质交换过程,对换热器内不同的物理参数和流体参数下的蒸发冷却过程进行了三维数值模拟,主要参数有:一、二次空气以及喷淋水在通道内的温度、压力和流速,并用图表形象地表示出了通道内不同参数的分布随时间的变化。接着对影响多级管式间接蒸发冷却器传热传质的诸多因素进行理论计算,主要研究了以下几种量对冷却效率的影响:一次空气干湿球温度,二次空气湿球温度,一、二空气的流速,二次/一次风量比,淋水量的大小等。最后,根据模拟和热工计算所得结果,确定了机组机组送回风量,每级风量的分配(进入本级间接管道的一次风量大小和用于本级直接蒸发冷却的二次风量大小),每一级进出口空气的干湿球温度,喷淋水量及其温度,机组的能耗和冷却效率等。据此建立了三级管式间接蒸发冷却机组的详细结构。包括壳体具体尺寸,壳体内的设备分布位置,以及过滤器、风机、喷淋水器、水泵、喷淋水循环管道、换热管、风阀、风道等设备的具体型号和材料等,并与常规机组进行比较。
【关键词】：三级管式间接蒸发冷却器 一、二次空气 数值模拟 传热传质 换热效率
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 管式间接蒸发冷却机组的研究进展14-18
• 1.2.1 国外研究进展14
• 1.2.2 国内研究进展14-15
• 1.2.3 现有的多级蒸发制冷机组形式及其优缺点15-18
• 1.3 研究的目的、意义及目前存在的问题18-20
• 1.3.1 研究目的18-19
• 1.3.2 研究意义19
• 1.3.3 目前存在的问题19-20
• 2 管式间接蒸发冷却机组创新结构的提出20-22
• 2.1 机组结构简图20-21
• 2.2 新型机组的优缺点21
• 2.3 小结21-22
• 3 间接蒸发冷却管道在水膜作用下的数学模型22-32
• 3.1 管外区热质传递过程22-23
• 3.2 管外水膜流动的传热传质过程23-24
• 3.3 管外传热传质数学模型的建立24-30
• 3.3.1 管外总传热系数24-26
• 3.3.2 管外表面与喷淋水间的传热系数26
• 3.3.3 管内侧传热系数26-27
• 3.3.4 管外总传质系数27-29
• 3.3.5 管外二次空气与喷淋水间的传质系数29-30
• 3.4 压力损失的确定30-31
• 3.4.1 排管压力损失的确定30-31
• 3.4.2 二次空气侧压力损失的确定31
• 3.5 小结31-32
• 4 管式间接蒸发冷却机组的数值模拟研究32-58
• 4.1 分析模型的建立32-34
• 4.1.1 间接蒸发冷却模型的回顾与分析32
• 4.1.2 管式间接蒸发冷却器的传热传质过程分析32-33
• 4.1.3 管式间接蒸发冷却机组传热传质过程模型的建立33-34
• 4.2 计算流体动力学基础34-35
• 4.3 模型控制方程的建立35-42
• 4.3.1 连续相35-37
• 4.3.2 离散相37-40
• 4.3.3 连续相和离散相之间的耦合40-41
• 4.3.4 湍流模型41-42
• 4.4 控制方程的离散化42-45
• 4.4.1 常用的离散化方法42
• 4.4.2 控制区域离散化42-44
• 4.4.3 微分方程的离散化44-45
• 4.5 SIMPLE算法45-46
• 4.6 亚松弛格式46
• 4.7 两相藕合模拟计算步骤46-47
• 4.8 初始条件设定47-48
• 4.8.1 边界条件47-48
• 4.8.2 初始条件48
• 4.9 管式间接蒸发冷却机组热质传递模型的建立48-52
• 4.9.1 Fluent模拟过程中的难点48-49
• 4.9.2 模型的建立与网格划分49-52
• 4.10 模拟结果52-57
• 4.10.1 用Fluent软件求解的步骤52-54
• 4.10.2 用Fluent求解的结果54-57
• 4.11 小节57-58
• 5 影响蒸发冷却热质交换因素的理论计算分析58-70
• 5.1 一次空气入口干球温度对冷却效率的影响58-60
• 5.2 二次空气入口湿球温度对冷却效率的影响60-61
• 5.3 一次空气流速对冷却效率的影响61-62
• 5.4 二次空气流速对冷却效率的影响62-63
• 5.5 最佳二次/一次风量比的计算分析63-68
• 5.5.1 一次空气风量为10000m~3/h时63-64
• 5.5.2 一次空气风量为9000m~3/h时64-66
• 5.5.3 一次空气风量为8000m~3/h时66-67
• 5.5.4 一次空气风量为7000m~3/h时67-68
• 5.6 淋水量对冷却效率的影响68-69
• 5.7 小结69-70
• 6 三级管式间接蒸发冷却机组规格的确定70-84
• 6.1 基本参数的确定70-73
• 6.1.1 风量的确定70-71
• 6.1.2 空气状态参数的确定71
• 6.1.3 一次空气释放的热量71-72
• 6.1.4 二次空气的平均温度72-73
• 6.2 三级管式间接蒸发冷却机组结构的确定73-75
• 6.2.1 冷却机组结构的初步规划73-74
• 6.2.2 机组尺寸的校核计算74-75
• 6.3 强化管道外表面热质交换方法的对比75-77
• 6.3.1 换热器强化传热的理论根据75-76
• 6.3.2 几种常用的强化传热传质的方法76-77
• 6.3.3 强化传热传质方法的对比分析77
• 6.4 三级管式间接蒸发冷却机组的传热传质计算77-82
• 6.4.1 一次空气与管壁之间对流换热系数的确定77-78
• 6.4.2 水膜与管壁间换热系数的确定78
• 6.4.3 水膜与二次空气之间传热传质系数的确定78-80
• 6.4.4 单位面积热负荷的计算80-81
• 6.4.5 阻力计算81-82
• 6.5 新型冷却器与现有冷却器的对比分析82-83
• 6.6 小结83-84
• 结论84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90
• 攻读学位期间的研究成果90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：966306