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1、管式間接蒸發(fā)冷卻器數(shù)學(xué)模型分析及驗(yàn)證黃翔王玉剛周斌武俊梅摘要：對(duì)現(xiàn)有的一些管式間接蒸發(fā)冷卻器的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹和比較，優(yōu)選出了一種計(jì)算方法并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明此種計(jì)算方法十分適于指導(dǎo)工程實(shí)踐。關(guān)鍵詞：管式間接蒸發(fā)冷卻器數(shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Abstract:Itintroducessomemathematicalmodelsoftubetypeindirectevaporativecoolerandcomparesthem,selectoneofthebestmethodsandvalidateitwithlaboratoryworks,theres
2、ultindicatesthatthismethodissuitableforinstructengineeringpractice.Keywords:TubeTypeIndirectEvaporativeCooler；mathematicalmodel；validation主要符號(hào)表 —換熱器效率 —質(zhì)量流量，kg/s —焓，J/kg —對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，kg/（m2·s） —對(duì)流換熱系數(shù)，W/m2·℃ —空氣比熱，J/kg·℃ —二次空氣與水膜的熱濕交換效率 —一次空氣的換熱效率 —以空氣濕球溫度定義的飽和空氣定壓比熱，J/kg·℃ —最
3、大熱容量，W/℃ —最小熱容量，W/℃6 1引言 空調(diào)系統(tǒng)在改善人類(lèi)生產(chǎn)、工作和生活環(huán)境的同時(shí),消耗著大量的礦物燃料和CFC等制冷工質(zhì).全球氣候變暖和大氣臭氧層受到破壞等對(duì)當(dāng)代人類(lèi)生存構(gòu)成嚴(yán)重威脅的災(zāi)難性氣候變化,都和暖通及制冷行業(yè)有關(guān).間接蒸發(fā)冷卻器是一種直接從自然界獲取冷量、不使用CFCs、無(wú)環(huán)境污染的高節(jié)能性空調(diào)制冷裝置，與一般常規(guī)制冷機(jī)械相比，總體上來(lái)說(shuō)COP可提高2.5--5倍,從而可以大大降低空調(diào)制冷能耗，因此在空調(diào)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景［1］?！ ￠g接蒸發(fā)冷卻既有直接蒸發(fā)冷卻又有熱交換，在間接蒸發(fā)冷卻器中被處理的空氣在沒(méi)有增加濕度的情況下
4、明顯的被冷卻了。目前間接蒸發(fā)冷卻的型式主要有板式間接蒸發(fā)冷卻器和管式間接蒸發(fā)冷卻器兩種，板式間接蒸發(fā)冷卻器的優(yōu)點(diǎn)是換熱器換熱效率較高，體積相對(duì)較小,但是由于其流道窄小，因而流道容易堵塞，尤其在空氣含塵量大的場(chǎng)合，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，換熱效率急劇降低，流動(dòng)阻力增大，并且布水不均勻、浸潤(rùn)能力差，換熱器表面結(jié)垢、維護(hù)困難。管式間接蒸發(fā)冷卻器流道較寬，不會(huì)產(chǎn)生堵塞，流動(dòng)阻力小，布水相對(duì)比較均勻，容易形成穩(wěn)定水膜，有利于蒸發(fā)冷卻的進(jìn)行?！ ?duì)于管式間接蒸發(fā)冷卻器來(lái)說(shuō)（圖1）,一次空氣在管子內(nèi)流動(dòng)，而二次空氣與管子呈交叉方向流過(guò)其外部，水噴灑在管子的外表面上。在每根管子
5、的內(nèi)部，一次空氣通過(guò)管壁與管外水膜之間發(fā)生熱傳遞；在每根管子的外部，熱量和質(zhì)量交換發(fā)生在二次空氣和管外水膜之間。在管式間接蒸發(fā)冷卻器的熱工性能分析中,國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的研究，許多研究者都進(jìn)行了不同程度的理論和實(shí)驗(yàn)研究。目前對(duì)管式間接蒸發(fā)冷卻器的研究,多是在某些實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)其效率、COP等整體性能進(jìn)行測(cè)定,現(xiàn)有理論分析也多是對(duì)某一換熱面二側(cè)的局部傳遞過(guò)程進(jìn)行分析。但這些數(shù)學(xué)模型都過(guò)于理論化，缺乏對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用的指導(dǎo)。本文的目的是通過(guò)對(duì)作者所掌握的一些管式間接蒸發(fā)冷卻器數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比較，優(yōu)選出適用于工程實(shí)踐的數(shù)學(xué)模型?！ ?管式間接蒸發(fā)冷卻器數(shù)學(xué)模型的分析
6、 2.1已建模型綜述 目前所建立的關(guān)于管式間接蒸發(fā)冷卻器的數(shù)學(xué)模型所給出的物理－數(shù)學(xué)模型主要是分析其中流體的初始狀態(tài)參數(shù)對(duì)換熱器性能的影響，描述換熱器中的熱質(zhì)交換過(guò)程，從理論上求證換熱器的冷卻效率等，進(jìn)而為管式間接蒸發(fā)冷卻器的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、冷卻性能的改進(jìn)和推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 在間接蒸發(fā)冷卻器的熱工性能分析中，許多研究者都進(jìn)行了不同程度的理論和實(shí)驗(yàn)研究。Kettleborough和Hsieh等提出了通過(guò)潤(rùn)濕率來(lái)估計(jì)表面的潤(rùn)濕狀況對(duì)逆流間接蒸發(fā)冷卻器冷卻性能的影響，并引入“焓勢(shì)”的概念，但實(shí)際表面的潤(rùn)濕率難以準(zhǔn)確確定。Pe6terson和Hunn等對(duì)交錯(cuò)流式間
7、接蒸發(fā)卻器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，并提出了相應(yīng)的冷卻性能分析模型；在二次空氣出口狀態(tài)為飽和空氣，一次空氣出口干球溫度近似等于二次空氣出口濕球溫度的條件下，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，但間接蒸發(fā)冷卻器在實(shí)際工作時(shí)，并不滿(mǎn)足這一條件。P.L.Chen等提出了有關(guān)間接蒸發(fā)冷卻器熱性能和阻力性能的計(jì)算模型。Perez－Blance和Bird對(duì)單根垂直管蒸發(fā)冷卻器建立了穩(wěn)態(tài)一維模型；在假設(shè)水膜溫度不變的條件下，導(dǎo)出了實(shí)驗(yàn)測(cè)定用的熱質(zhì)交換系數(shù)計(jì)算公式，并進(jìn)行了相應(yīng)的傳熱傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)；在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中表明，對(duì)流換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)值與按Chilton－Colburn類(lèi)似律計(jì)算出的數(shù)值相差25％。
8、Rana和Charan對(duì)水平單管蒸發(fā)式散熱器進(jìn)行了傳
