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板式湿式空冷器湿球温度迁移特性与优化研究

作　者: 许旺发
导　师: 张旭
学　校: 同济大学
专　业: 供热供燃气通风及空调工程
关键词: 板式湿式空冷器传热传质传递模型湿球温度解析解优化
分类号: TU831
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 299次
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内容摘要

板式湿式空冷器结合了空冷、蒸发冷却与板式换热器的技术优点，在夏季气温较高时，启用喷淋装置湿工况运行，采用喷淋水蒸发冷却强化空冷器换热以达到降低工艺流体出口温度的目的。板式湿式空冷器是一种新型的冷却设备，具有广阔的市场应用前景。本文通过理论分析与实验研究，对湿式空冷器传热传质过程、空气湿球温度迁移特性、以及结构与运行优化等关键技术问题进行了深入探讨，为板式湿式空冷器的推广应用奠定一定的理论与实验基础。本文分别建立了壁面完全润湿传递模型与同时考虑空气中夹杂液滴且壁面不完全润湿条件下的板式湿式空冷器传递模型，数值计算得到传递模型应用刘易斯关系式对冷却效率的预测相对误差小于2％；提出了既适用于热流体为热水、也适用于热流体为空气的湿空气过程平均斜率的确定方法。分析结果表明壁面润湿率对冷却性能具有显著影响，而夹杂在空气中的液滴对传递过程的影响相对较小，工程计算可忽略夹杂液滴对传递模型的影响。引入湿球比热容和湿球换热系数，建立了板式湿式空冷器湿球温度迁移模型。分别得到了平行流型式微分方程组的解析解与交叉流型式的近似解析解，实验验证了该解析解具有较高的计算精度；探讨了空气干湿球温度与喷淋水温的迁移特性；分析得到基于湿球温度迁移模型的对数平均温差法在湿式空冷器的设计与校核计算中是适用的，给出了空气湿球换热系数与空冷时空气对流换热系数比值的理论与实验确定方法，比值系数理论值与实验值比较最大相对误差小于7％。提出了湿式空冷器干湿工况运行界限温度的确定方法，建立了板式湿式空冷器多目标结构优化模型，结合实验得到的干湿工况下板束内外侧阻力、传热传质关联式以及喷淋水膜对流换热关联式，该优化模型可用于干湿工况运行界限温度与结构参数的优化。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-13
符号表  13-18
第1章引言  18-29
  1.1 课题背景  18-19
  1.2 文献综述  19-27
    1.2.1 蒸发冷却与空冷技术在工业领域的应用研究  19-21
    1.2.2 蒸发冷却技术在空调领域的应用研究  21-22
    1.2.3 湿表面式蒸发冷却器的实验研究现状  22-23
    1.2.4 湿表面式蒸发冷却器的理论研究现状  23-26
    1.2.5 湿表面式蒸发冷却器设计和优化研究  26-27
  1.3 主要研究内容  27-29
第2章湿式空冷器Lewis因子与湿空气饱和线线性化分析  29-50
  2.1 湿式空冷器传递过程分析  29-30
  2.2 湿式空冷器传递过程基本微分方程组  30-37
    2.2.1 传递模型基本假设  30
    2.2.2 传递模型基本微分方程组推导  30-35
    2.2.3 边界条件与传热传质系数的确定  35-36
    2.2.4 基本微分方程组求解  36-37
  2.3 刘易斯因子取值范围对性能的影响  37-42
    2.3.1 刘易斯数与刘易斯因子  37-39
    2.3.2 刘易斯因子的取值范围与实验验证  39-40
    2.3.3 Lef对板式湿式空冷器性能的影响  40-42
  2.4 湿空气饱和线线性化分析  42-48
    2.4.1 湿空气饱和线斜率的确定  42-44
    2.4.2 湿空气过程平均斜率的确定  44-45
    2.4.3 线性模型推导  45-46
    2.4.4 线性模型计算精度比较  46-48
  2.5 本章小结  48-50
第3章夹杂液滴与壁面润湿率对传递模型的影响  50-69
  3.1 壁面完全润湿传递模型存在的问题  50-51
  3.2 夹杂液滴壁面不完全润湿传递模型  51-60
    3.2.1 传递过程分析  51-53
    3.2.2 改进传递模型推导  53-56
    3.2.3 微分方程组无量纲化推导  56-60
  3.3 液滴与空气的热质交换过程  60-63
    3.3.1 液滴与空气的传热传质关联式  60-62
    3.3.2 液滴平均直径  62-63
    3.3.3 液滴平均速度  63
  3.4 计算结果与分析  63-67
    3.4.1 壁面润湿率对湿式空冷器性能的影响  63-65
    3.4.2 液滴流量比率对湿式空冷器性能的影响  65-67
  3.5 本章小结  67-69
第4章板式湿式空冷器传热与阻力特性实验研究  69-91
  4.1 实验装置  69-73
    4.1.1 实验系统介绍  69-70
    4.1.2 实验段  70-71
    4.1.3 测试方法与仪器  71-72
    4.1.4 实验参数调节  72-73
  4.2 实验数据处理  73-76
    4.2.1 换热量测量原理  73-74
    4.2.2 干工况换热数据整理  74-75
    4.2.3 湿工况传热传质数据整理  75
    4.2.4 水膜对流换热数据整理  75-76
  4.3 实验结果分析  76-84
    4.3.1 干工况板式空冷器阻力与传热特性  77-81
    4.3.2 湿工况板式空冷器阻力与传热特性  81-84
  4.4 实验误差分析  84-90
    4.4.1 空气焓差的相对误差  84-87
    4.4.2 干空气密度的相对误差  87-88
    4.4.3 湿空气体积流量的相对误差  88-90
  4.5 本章小结  90-91
第5章板式湿式空冷器湿球温度迁移模型与实验验证  91-122
  5.1 板式湿式空冷器湿球温度迁移模型  91-96
  5.2 平行流湿球温度迁移模型解析解  96-102
    5.2.1 平行流湿球温度迁移模型解析解推导  96-100
    5.2.2 解析解计算精度比较  100-102
  5.3 湿空气与喷淋水温度迁移特性  102-108
    5.3.1 空气干湿球温度迁移特性  102-103
    5.3.2 循环喷淋水温迁移特性  103-105
    5.3.3 运行工况对湿式空冷器性能的影响  105-108
  5.4 交叉流板式湿式空冷器近似解析解与实验验证  108-115
    5.4.1 交叉流板式湿式空冷器传递模型  108-109
    5.4.2 近似解析解推导  109-111
    5.4.3 近似解析解实验验证  111-115
  5.5 对数平均温差法应用与验证  115-120
  5.6 本章小结  120-122
第6章板式湿式空冷器运行模式与多目标结构优化  122-138
  6.1 湿式空冷器运行模式分析  122-125
    6.1.1 湿式空冷器干湿工况运行界限温度的确定  122-123
    6.1.2 湿式空冷器节能运行模式分析  123-125
  6.2 板式湿式空冷器多目标结构优化模型  125-130
    6.2.1 优化目标函数的确定  125-126
    6.2.2 结构优化变量的选择  126-129
    6.2.3 多目标结构优化数学模型的建立  129-130
  6.3 多目标结构优化模型的求解  130-134
    6.3.1 多目标结构优化模型约束条件的确定  130-131
    6.3.2 算法的选择  131
    6.3.3 结构优化设计的程序实现  131-134
  6.4 结构优化结果分析  134-136
  6.5 本章小结  136-138
第7章结论与展望  138-141
  7.1 主要结论  138-139
  7.2 本文创新点  139
  7.3 课题展望  139-141
致谢  141-142
参考文献  142-152
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  152-153

板式湿式空冷器湿球温度迁移特性与优化研究

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