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板式间接蒸发冷却换热器的层流特性研究点击：2166 日期：[ 2014-04-26 22:31:55 ] |
| 摘要：间接蒸发冷却换热器与传统空调相比具有环保与节能的优点。由于蒸发冷却过程的传热传质机理复杂，本文针对板式间接蒸发冷却换热器，建立了三维稳态传热传质数学模型，并确定了合适的边界条件。通过数值模拟得到了压力场、温度场和浓度场的分布，并讨论了通道间距、速度、温度以及相对湿度等因素对换热效果的影响，为间接蒸发冷却换热器的设计提供了理论指导。 关键词：间接蒸发冷却；传热传质；数值模拟 前 言 随着社会的发展，人们对现代生活及工作环境的要求不断提高，空调的使用已经非常普及。目前我国的许多高楼大厦、公共建筑仍广泛采用机械制冷空调系统，然而能源的日益紧张、全球气温变暖以及 CFC 使用的限制，使得机械式或吸收式制冷的发展受到限制。如何实现低能耗、无污染的制冷技术，特别是尽量从自然环境直接取得冷量，成为一个非常重要的课题。蒸发冷却空调具有能效比高、新风量大、节能、改善室内空气品质的优点，而间接蒸发冷却可在不增加含湿量的同时降低一次空气的温度，有着非常广泛的应用前景 。由于间接蒸发冷却是一个同时存在流动、传热和传质等多个传递过程耦合并相互交叉影响的不可逆热力过程，为此，人们开展了大量的研究工作。Pescod 实验探索了交叉流动板式换热器（换热板有平板和带凸出物的板片两种）干工况下换热与流动阻力系数的规律，总结提出了相应的准则计算公式，湿工况参数由类比得到Maclaine-Cross 等3用平均温度的方法分析了板式换热器单个通道的传热情况，郭新川等4 采用有限差分法对间接蒸发冷却换热器的性能和影响因素进行了大量的研究。Lee 等5采用 CFD 方法探讨了等温和等热流密度边界条件下管内降膜蒸发冷却。任承钦等 用 CFD 方法实现了三维层流的数值模拟。本文采用 CFD 方法，对板式间接蒸发冷却换热器进行模型分析，以便更好了解狭窄矩形通道内的传热传质过程，并研究换热器性能和影响因素。 数学模型 问题的描述 本文研究的板式间接蒸发冷却换热器的结构示意图如图 1 (a) 所示，由换热板隔成互不相通的两组通道（即一次空气通道和二次空气通道），封条使工作流体与外界隔开并固定换热板的间距。在换热器内，一、二次空气在通道内交错流动，图中箭头代表空气流动方向。二次空气通道内由于喷嘴喷入一定量的水而形成一层薄薄的水膜，二次空气与水膜之间有温度差引起的显热交换和水蒸汽分压力差引起的质交换，而一次空气仅有显热交换。 由于水膜蒸发时会吸收汽化潜热，传热机理较为复杂，为了建立模拟对象的数学模型，作如下的假设： （1）稳态，流体不可压缩，由于通道间距比较小，当量直径较小，雷诺数 < 2 000，流动状态为层流； （2）忽略粘性耗散热效应及浮升力的影响； （3）忽略水膜厚度和热阻，水膜表面的温度即为换热板表面的温度，水膜水蒸汽质量分数表述为水膜温度下的饱和水蒸汽质量分数； （4）壁面润湿率为 1；（5）由于一、二次空气通道相间周期性布置，故假 设为完全周期性的变化规律，仅模拟两个相邻的一、二次空气通道的一半； （6）换热器本身与周围环境没有任何热、质交换； （7）不考虑一次空气通道存在冷凝情况。 |
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