用直接蒸发冷却提高风冷冷水机组性能的初步研究-

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1、用直接蒸发冷却提高风冷冷水机组性能的初步研究编辑：凌月仙仙作者：蒋毅张小松出处：中国论文下载中心日期：2005-12-9摘要：本文建立了纸质填料的直接蒸发冷却器的数学模型，分析了直接蒸发冷却效率的主要影响因素，并将直接蒸发冷却技术应用到风冷冷水机组中，对改进系统进行了模拟仿真，得出了改进系统的性能，对改进系统在我国条件下的应用前景进行了预测。关键词：风冷冷水机组直接蒸发冷却纸质填料空气调节节能1前言随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，空调设备的应用日益广泛，给能源尤其是电力造成较大的压力。如何降低空调设备的能源消耗和提高空调设备的性能，

2、已经成为当前研究的重要课题。直接蒸发冷却是指循环水与空气直接接触而对空气进行加湿冷却，基本不消耗或很少消耗一次能源,且对环境无破坏作用。将直接蒸发冷却技术应用到风冷冷水机组，利用蒸发冷却对进入冷凝器的空气进行预处理，能够达到节能和提高系统COP的目的。天津大学和同济大学等已经对此作了实验研究，得出了一些重要结论，但也有一些不足，主要体现为直接蒸发冷却采用的填料为金属填料，虽然具有较高蒸发冷却效率，但是填料厚度大，因而设备的体积大，适用性有限。本文提出以纸质填料作为蒸发冷却的填料，对此建立了数学模型，分析了直接蒸发冷却效率的主要影响因素，并将

3、直接蒸发冷却技术应用到风冷冷水机组中，对改进系统进行了模拟仿真，得出了改进系统的性能，对改进系统在我国条件下的应用前景进行了预测。2直接蒸发冷却器的原理　　2.1直接蒸发冷却的原理直接蒸发冷却是指循环水与空气直接接触，利用水蒸发吸热对空气进行冷却。直接蒸发冷却器主要由纸质填料，布水器，接水盘，循环水泵等组成。纸质填料，耐水浸泡，外形为45度斜波纹片相邻片粘叠成块,其比表面积为。水被循环水泵从接水盘中抽出，由布水器均匀地散布到纸质填料上，在填料表面形成均匀的水膜，与流经填料的空气发生热湿交换后流入接水盘中，循环使用，水温近似为空气的湿球温度。

4、当空气流经填料时，一方面，水分蒸发，吸收空气的显热，空气被冷却；另一方面，水蒸气进入空气中，空气得到潜热，同时被加湿，焓值基本不变。空气的状态变化过程如图1所示。1点表示空气处理前的状态，2点表示处理后的状态，1、2、3近似为一条等焓线。可以用蒸发冷却效率来评价直接蒸发冷却器处理空气的完善程度，其表达式为：，式中，分别为空气处理前后的干球温度，为空气的湿球温度。　　2.2直接蒸发冷却模型的建立及求解空气沿方向X从外界进入纸质填料层，水沿Y方向落下，形成水膜，空气进口干球温度，湿球温度，空气状态参数沿X方向变化，如图2所示。为简化计算，作了如

5、下假设：（a）水膜厚度均匀，整个水膜的温度恒定，=0；水温等于进口空气的湿球温度；水膜边界层空气达到饱和状态，取水膜似的来计算水蒸气饱和压力。（b）设备保温性和密封性好，除进出口外，没有进漏风处，空气流速U恒定。（c）由于水的液体热相对于水的汽化潜热很小，可忽略不计。　　2.2.1质量方程水的蒸发量=湿空气含湿量的增加量……………（1）其中：为按水蒸汽密度差计算的传质系数（，g代表干空气的属性，q代表水蒸气的属性，s代表饱和空气中水蒸气的属性。不妨设空气入口处水蒸气分压力为p,所对应的饱和水蒸气分压力为，则通过推导可得到：……（2）其中A=

6、，，B为大气压，L为填料厚度。　　2.2.2求解传质系数由参考文献[4]可得到纸质填料的传质系数:;;其中U为空气流速，L为填料层厚度，为运动粘度;Sc为史密特数,，式中是水蒸汽在空气中的质量扩散系数。舍伍德数：…………………………………………（6）；将(4)(5)(6)代入(3)式可求得：……(7)　　2.2.3能量方程空气失去的总热量=空气得到的潜热量,所以，空气的总能量保持不变，在i-d图上表现为空气状态变化在一等焓线上，如图1所示。　　2.2.4求解蒸发冷却的出口温度和效率空气入口参数为：干球温度，湿球温度，水蒸气分压力为p，焓值为

7、h，含湿量为d；湿球温度下的饱和水蒸气分压力为含湿量为；水温度。由文献[5]有：…………………（8）式中：;　　　　;　　　　;　　　　;　　　　;　　　　㎏/㎏.干空气……（9）；入口湿空气焓：kJ/㎏.干空气；入口湿空气含湿量：㎏/㎏.干空气；水蒸气分压力：其中B为大气压。由空气入口参数所对应的水蒸气p和湿球温度下的饱和水蒸气分压力为的值，代入式（7）和（2），可直接求出出口湿空气水蒸气分压力。出口湿空气的含湿量：（B为大气压）由可得：出口湿空气的干球温度：蒸发冷却效率为：2.3蒸发冷却效率的影响因素2.3.1空气流速u对效率的影响空气

8、流速u越大，空气与纸质填料表面的热湿交换系数越大，但另一方面空气与填料层热湿交换接触时间越短，交换越不充分，由图3可知，风速u越小，效率越大，但处理的风量也越小。这说明用该填料处