本文關(guān)鍵詞：三級管式間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組的結(jié)構(gòu)原理研究及溫度場模擬分析

  更多相關(guān)文章： 三級管式間接蒸發(fā)冷卻器 一、二次空氣 數(shù)值模擬 傳熱傳質(zhì) 換熱效率

【摘要】：按照科學(xué)發(fā)展觀的要求,調(diào)整我國的能源結(jié)構(gòu),積極推進(jìn)能源多樣化,通過技術(shù)創(chuàng)新、開發(fā)新型能源,已成為當(dāng)前迫切的任務(wù)。相對于其它新能源,干空氣能具有清潔、無污染、不破壞臭氧層、資源分布廣泛,適宜就地開發(fā)利用等通用優(yōu)點外,還具有可連續(xù)使用、能量密度高、能量利用效率好、無需能量儲存裝置可直接利用,尤其能將其作為空調(diào)系統(tǒng)制冷的動力源而取代常規(guī)電能,是一種可持續(xù)利用的新能源方式。蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是利用液態(tài)的水遇干空氣蒸發(fā)從而降低溫度這一原理來獲得冷量,即水和干空氣進(jìn)行熱濕交換可得到較低溫度的冷風(fēng)冷水。當(dāng)干空氣的水蒸氣分壓力處于不飽和狀態(tài)時具有對外做功的能力,只要存在水源,干空氣能就會轉(zhuǎn)化為熱能,對于干燥地區(qū),室外的干空氣是一種新型的取之不盡、用之不竭的可再生能源。蒸發(fā)制冷技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保、高效、空氣品質(zhì)好等諸多優(yōu)點,是一種真正意義上的可持續(xù)發(fā)展制冷技術(shù),目前在我國西部地區(qū)已經(jīng)得到了一定程度的推廣。蒸發(fā)制冷空調(diào)技術(shù)按其制冷過程可分為直接蒸發(fā)冷卻與間接蒸發(fā)冷卻兩大類。在直接蒸發(fā)冷卻(DEC)中,待處理空氣在噴淋室中與噴淋水直接接觸,干空氣遇水蒸發(fā)冷卻為低溫的濕空氣,其熱處理過程是等焓降溫的過程,干空氣溫度被降低的同時濕度增加,所以直接蒸發(fā)冷卻適用于炎熱干燥的地區(qū),或在房間有冷卻加濕的場合使用;在間接蒸發(fā)冷卻(IEC)中,待處理空氣(一次空氣)在管道內(nèi)而用來蒸發(fā)冷卻的空氣(二次空氣)在管道外,一次空氣被管道隔開只通過管道進(jìn)行表冷而不會被加濕,故而可以被更廣泛地應(yīng)用。在大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的當(dāng)今社會,蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)必將會在我國多數(shù)地區(qū)不斷地得到推廣和應(yīng)用。如果只采用直接蒸發(fā)冷卻或間接蒸發(fā)冷卻,其溫降幅度是有限的,難以實現(xiàn)大幅降溫,其應(yīng)用通常會受地域或使用場所的限制。為了實現(xiàn)大幅度的降溫,本領(lǐng)域?qū)＜姨岢隽酥苯优c間接相結(jié)合的各種形式的多級蒸發(fā)冷卻機(jī)組,高效的機(jī)組可將一次空氣的溫度處理到低于室外空氣的濕球溫度,甚至接近空氣的露點溫度。但由于這類機(jī)組隨著級數(shù)的增加設(shè)備結(jié)構(gòu)也變得龐大而復(fù)雜,能耗較高、操作難度高、適用范圍小,不適合住宅建筑及一些商業(yè)建筑中使用。因此,提高多級蒸發(fā)冷卻器的換熱效率,增大適用范圍是目前迫切需要研究的制冷技術(shù)。基于目前蒸發(fā)冷卻空調(diào)的種種優(yōu)缺點,本課題提出一種完全創(chuàng)新的三級管式間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組,研究的目的是:實現(xiàn)機(jī)組模塊化設(shè)計,使得機(jī)組初投資少,便于控制調(diào)節(jié),且冷卻效率高。并與現(xiàn)有的多級蒸發(fā)制冷空氣處理機(jī)、干空氣能間接蒸發(fā)冷水機(jī)、間接蒸發(fā)冷風(fēng)冷水機(jī)進(jìn)行比較,得出本課題所設(shè)計機(jī)組的優(yōu)缺點及使用范圍。本文首先簡要分析了國內(nèi)及國外多級管式間接蒸發(fā)冷卻器的研究情況,說明此新型機(jī)組研究的目的、意義、方法以及目前在該領(lǐng)域仍然存在的一些缺點和問題。并在與現(xiàn)有的三級管式間接蒸發(fā)冷卻器相對比的基礎(chǔ)上設(shè)計出新型機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖,分析了新型機(jī)組的優(yōu)缺點。該機(jī)組在結(jié)構(gòu)上最大的特點是第二級和第三級的二次空氣均取自于上一級的一次空氣,所以二次空氣溫度較低,這樣有利于提高機(jī)組的整體效率;當(dāng)然,這就導(dǎo)致所需一次空氣風(fēng)量較大,使得機(jī)組體積大。之后詳細(xì)分析了換熱管道內(nèi)外的傳熱傳質(zhì)過程和空氣、噴淋水流動的具體過程,確定了不同換熱過程的熱質(zhì)交換系數(shù)。在此基礎(chǔ)上建立了管式間接蒸發(fā)空氣冷卻的數(shù)學(xué)模型,對冷卻器的傳熱傳質(zhì)特性進(jìn)行了模擬研究,用Fluent軟件計算和分析了熱質(zhì)交換過程,對換熱器內(nèi)不同的物理參數(shù)和流體參數(shù)下的蒸發(fā)冷卻過程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,主要參數(shù)有:一、二次空氣以及噴淋水在通道內(nèi)的溫度、壓力和流速,并用圖表形象地表示出了通道內(nèi)不同參數(shù)的分布隨時間的變化。接著對影響多級管式間接蒸發(fā)冷卻器傳熱傳質(zhì)的諸多因素進(jìn)行理論計算,主要研究了以下幾種量對冷卻效率的影響:一次空氣干濕球溫度,二次空氣濕球溫度,一、二空氣的流速,二次/一次風(fēng)量比,淋水量的大小等。最后,根據(jù)模擬和熱工計算所得結(jié)果,確定了機(jī)組機(jī)組送回風(fēng)量,每級風(fēng)量的分配(進(jìn)入本級間接管道的一次風(fēng)量大小和用于本級直接蒸發(fā)冷卻的二次風(fēng)量大小),每一級進(jìn)出口空氣的干濕球溫度,噴淋水量及其溫度,機(jī)組的能耗和冷卻效率等。據(jù)此建立了三級管式間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。包括殼體具體尺寸,殼體內(nèi)的設(shè)備分布位置,以及過濾器、風(fēng)機(jī)、噴淋水器、水泵、噴淋水循環(huán)管道、換熱管、風(fēng)閥、風(fēng)道等設(shè)備的具體型號和材料等,并與常規(guī)機(jī)組進(jìn)行比較。
【關(guān)鍵詞】：三級管式間接蒸發(fā)冷卻器 一、二次空氣 數(shù)值模擬 傳熱傳質(zhì) 換熱效率
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU831
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 管式間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組的研究進(jìn)展14-18
• 1.2.1 國外研究進(jìn)展14
• 1.2.2 國內(nèi)研究進(jìn)展14-15
• 1.2.3 現(xiàn)有的多級蒸發(fā)制冷機(jī)組形式及其優(yōu)缺點15-18
• 1.3 研究的目的、意義及目前存在的問題18-20
• 1.3.1 研究目的18-19
• 1.3.2 研究意義19
• 1.3.3 目前存在的問題19-20
• 2 管式間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的提出20-22
• 2.1 機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖20-21
• 2.2 新型機(jī)組的優(yōu)缺點21
• 2.3 小結(jié)21-22
• 3 間接蒸發(fā)冷卻管道在水膜作用下的數(shù)學(xué)模型22-32
• 3.1 管外區(qū)熱質(zhì)傳遞過程22-23
• 3.2 管外水膜流動的傳熱傳質(zhì)過程23-24
• 3.3 管外傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型的建立24-30
• 3.3.1 管外總傳熱系數(shù)24-26
• 3.3.2 管外表面與噴淋水間的傳熱系數(shù)26
• 3.3.3 管內(nèi)側(cè)傳熱系數(shù)26-27
• 3.3.4 管外總傳質(zhì)系數(shù)27-29
• 3.3.5 管外二次空氣與噴淋水間的傳質(zhì)系數(shù)29-30
• 3.4 壓力損失的確定30-31
• 3.4.1 排管壓力損失的確定30-31
• 3.4.2 二次空氣側(cè)壓力損失的確定31
• 3.5 小結(jié)31-32
• 4 管式間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組的數(shù)值模擬研究32-58
• 4.1 分析模型的建立32-34
• 4.1.1 間接蒸發(fā)冷卻模型的回顧與分析32
• 4.1.2 管式間接蒸發(fā)冷卻器的傳熱傳質(zhì)過程分析32-33
• 4.1.3 管式間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組傳熱傳質(zhì)過程模型的建立33-34
• 4.2 計算流體動力學(xué)基礎(chǔ)34-35
• 4.3 模型控制方程的建立35-42
• 4.3.1 連續(xù)相35-37
• 4.3.2 離散相37-40
• 4.3.3 連續(xù)相和離散相之間的耦合40-41
• 4.3.4 湍流模型41-42
• 4.4 控制方程的離散化42-45
• 4.4.1 常用的離散化方法42
• 4.4.2 控制區(qū)域離散化42-44
• 4.4.3 微分方程的離散化44-45
• 4.5 SIMPLE算法45-46
• 4.6 亞松弛格式46
• 4.7 兩相藕合模擬計算步驟46-47
• 4.8 初始條件設(shè)定47-48
• 4.8.1 邊界條件47-48
• 4.8.2 初始條件48
• 4.9 管式間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組熱質(zhì)傳遞模型的建立48-52
• 4.9.1 Fluent模擬過程中的難點48-49
• 4.9.2 模型的建立與網(wǎng)格劃分49-52
• 4.10 模擬結(jié)果52-57
• 4.10.1 用Fluent軟件求解的步驟52-54
• 4.10.2 用Fluent求解的結(jié)果54-57
• 4.11 小節(jié)57-58
• 5 影響蒸發(fā)冷卻熱質(zhì)交換因素的理論計算分析58-70
• 5.1 一次空氣入口干球溫度對冷卻效率的影響58-60
• 5.2 二次空氣入口濕球溫度對冷卻效率的影響60-61
• 5.3 一次空氣流速對冷卻效率的影響61-62
• 5.4 二次空氣流速對冷卻效率的影響62-63
• 5.5 最佳二次/一次風(fēng)量比的計算分析63-68
• 5.5.1 一次空氣風(fēng)量為10000m~3/h時63-64
• 5.5.2 一次空氣風(fēng)量為9000m~3/h時64-66
• 5.5.3 一次空氣風(fēng)量為8000m~3/h時66-67
• 5.5.4 一次空氣風(fēng)量為7000m~3/h時67-68
• 5.6 淋水量對冷卻效率的影響68-69
• 5.7 小結(jié)69-70
• 6 三級管式間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組規(guī)格的確定70-84
• 6.1 基本參數(shù)的確定70-73
• 6.1.1 風(fēng)量的確定70-71
• 6.1.2 空氣狀態(tài)參數(shù)的確定71
• 6.1.3 一次空氣釋放的熱量71-72
• 6.1.4 二次空氣的平均溫度72-73
• 6.2 三級管式間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組結(jié)構(gòu)的確定73-75
• 6.2.1 冷卻機(jī)組結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃73-74
• 6.2.2 機(jī)組尺寸的校核計算74-75
• 6.3 強(qiáng)化管道外表面熱質(zhì)交換方法的對比75-77
• 6.3.1 換熱器強(qiáng)化傳熱的理論根據(jù)75-76
• 6.3.2 幾種常用的強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)的方法76-77
• 6.3.3 強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)方法的對比分析77
• 6.4 三級管式間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組的傳熱傳質(zhì)計算77-82
• 6.4.1 一次空氣與管壁之間對流換熱系數(shù)的確定77-78
• 6.4.2 水膜與管壁間換熱系數(shù)的確定78
• 6.4.3 水膜與二次空氣之間傳熱傳質(zhì)系數(shù)的確定78-80
• 6.4.4 單位面積熱負(fù)荷的計算80-81
• 6.4.5 阻力計算81-82
• 6.5 新型冷卻器與現(xiàn)有冷卻器的對比分析82-83
• 6.6 小結(jié)83-84
• 結(jié)論84-86
• 致謝86-87
• 參考文獻(xiàn)87-90
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果90

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：966306