直接蒸发冷却的数值模拟及应用研究

论文摘要

随着人类社会的进步,人们的生活水平不断提高,空调成了人们生产和生活的必需。但随着空调设备的不断普及,人类社会也面临了一系列新的问题。空调在给人们提供舒适的生活和工作环境的同时,又消耗了大量的能源,造成能源紧张;传统机械制冷所使用的制冷剂一旦泄露到大气中,会破坏臭氧层,从而加速温室效应的形成;2003年SARS疫情的爆发,也使人们对空调系统的安全问题引起了关注。直接蒸发冷却空调利用水的蒸发取得能量,与机械制冷相比,蒸发冷却制冷不需要消耗压缩功,同时,它以天然水作为制冷剂,对大气环境无污染。蒸发冷却是一种集节能、环保、健康于一体的空调方式,从而受到暖通界人士的青睐。本论文以直接蒸发冷却器为研究对象,借助传热传质学、流体力学、空气动力学及其它相关理论,采用计算机仿真技术和实验手段,从直接蒸发冷却器的结构、传热传质机理及影响直接蒸发冷却器工作性能的主要因素等多个方面对直接蒸发冷却器进行了系统综合的研究。(1)通过对直接蒸发冷却器的传热传质机理的分析和对直接蒸发冷却过程的热工性能进行计算后,得出直接蒸发冷却器工作性能的主要影响因素。(2)在分析直接蒸发冷却器冷却过程特性的基础上,根据传热传质学、流体力学、空气动力学等相关基础理论,建立直接蒸发冷却器的数学模型。选用CFD商用软件FLUENT对直接蒸发冷却过程进行数值计算,并通过现场测试,得出了填料厚度、迎面风速、入口空气干湿球温度及相对湿度对直接蒸发冷却器工作性能的影响规律:填料厚度和迎面风速能够直接影响到直接蒸发冷却器的工作性能,温降、加湿量以及冷却效率都会随着填料厚度的增加(迎面风速的降低)而增大;而入口空气干湿球温度以及相对湿度的变化对直接蒸发冷却器的冷却效率无多大影响,但被处理空气的温降和加湿量会随着干湿球温度差的增加而增大。(3)为了拓宽直接蒸发冷却技术的应用范围,本文对直接蒸发冷却技术在新风预处理中的应用和多级蒸发冷却空调方式进行了系统分析。构建了溶液除湿蒸发冷却系统,介绍了溶液除湿与再生过程,提出了溶液除湿蒸发冷却系统的几种模式,通过分析得出:新风先除湿再与回风混合比新回风混合后再除湿更加节能;将室内排风作为溶液再生器中的再生空气,既加强对处理空气的预冷,回收了排风的冷量,同时又提高再生器的效率,降低了系统能耗。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 国外研究动态
• 1.2.2 国内研究动态
• 1.3 问题的提出与主要研究内容
• 第二章 直接蒸发冷却技术的理论基础
• 2.1 蒸发冷却技术简介
• 2.1.1 直接蒸发冷却原理
• 2.1.2 直接蒸发冷却器的结构
• 2.1.3 直接蒸发冷却技术的应用
• 2.2 直接蒸发冷却的理论基础
• 2.2.1 空气与水直接接触时的热质交换机理
• 2.2.2 直接蒸发冷却的传热传质过程
• 2.3 小结
• 第三章 直接蒸发冷却器的计算模型
• 3.1 物理模型的描述
• 3.2 直接蒸发冷却器数学模型的建立
• 3.2.1 物理模型的简化及计算区域的确定
• 3.2.2 控制方程
• 3.2.3 边界条件
• 3.3 数值模拟流程及数值方法
• 3.3.1 数值模拟流程
• 3.3.2 数值方法
• 3.3.3 SIMPLE算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 数值模拟及结果分析
• 4.1 前处理、求解器及后处理
• 4.1.1 控制区域离散化
• 4.1.2 求解器求解
• 4.1.3 后处理
• 4.2 数值模拟结果及其分析
• 4.2.1 速度场
• 4.2.2 温度和水蒸汽浓度分布
• 4.3 各影响因素的分析
• 4.3.1 填料厚度对DEC空调机性能的影响
• 4.3.2 入口空气迎面风速对DEC空调机性能的影响
• 4.3.3 入口空气干球温度对DEC空调机性能的影响
• 4.3.4 入口空气湿球温度对DEC空调机性能的影响
• 4.3.5 入口空气相对湿度对DEC空调机性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 直接蒸发冷却过程的实验研究
• 5.1 实验台布置与实验仪器设备
• 5.1.1 实验台介绍
• 5.1.2 实验测试仪器与设备介绍
• 5.1.3 测点的布置
• 5.2 实验数据的测量方案及整理
• 5.2.1 参数的测量
• 5.2.2 实验数据的记录方法
• 5.2.3 实验步骤
• 5.2.4 实验数据处理方法
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 入口空气迎面风速对DEC空调机性能的影响
• 5.3.2 入口空气干球温度对DEC空调机性能的影响
• 5.3.3 入口空气湿球温度对DEC空调机性能的影响
• 5.3.4 入口空气相对湿度对DEC空调机性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 直接蒸发冷却技术的应用
• 6.1 在新风预处理中的应用
• 6.1.1 用于新风冷却
• 6.1.2 用于新风净化
• 6.1.3 用于加湿
• 6.2 多级蒸发冷却技术的应用
• 6.2.1 多级蒸发冷却空调系统的形式
• 6.2.2 多级蒸发冷却空调系统的应用分析
• 6.3 蒸发冷却在溶液除湿空调系统中的应用
• 6.3.1 除湿技术的基本原理
• 6.3.2 溶液除湿蒸发冷却系统的组成
• 6.3.3 溶液除湿蒸发冷却空调系统的几种模式及应用分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A:攻读硕士学位期间的主要成果