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有冷凝的板式间接蒸发冷却器三维数值模拟及性能分析

作　者: 范伟明
导　师: 刘彪
学　校: 湖南大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 冷凝间接蒸发冷却数学模型耦合传热传质数值模拟效能分析 (火用)分析
分类号: TK172
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 274次
引　用: 2次
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内容摘要

间接蒸发冷却是通过换热板将水的蒸发和空气的冷却控制在两个通道内进行的一种蒸发冷却方式。论文根据间接蒸发冷却过程传热传质的特点,对间接蒸发冷却器进行了合理必要的简化假设,应用计算流体力学(CFD)方法,建立了板式间接蒸发冷却器的三维数学物理模型。通过前处理器Gambit建立了数学模型的三维离散网格,针对间接蒸发冷却器一次空气通道考虑与不考虑冷凝的情况,对传热传质耦合的边界进行了定义,分别编制了用户自定义程序。通过Fluent实现对耦合传热传质过程的求解。对于数值模拟的结果,采用后处理工具Tecplot等进行处理,得到了一、二次空气通道内的压力、速度、温度以及水蒸汽浓度的分布图。对比考虑与不考虑冷凝情况下的速度、温度、浓度等分布的差异,分析了模拟参数的变化对冷凝的影响。在大量数值模拟的基础上,分析了考虑与不考虑冷凝的间接蒸发冷却过程中能量以及有用能的转化和损失情况,并根据两种情况下的收益火用和代价火用的特点,分别定义了火用效率的计算表达式。在此基础上,通过一些基本的热力学指标,如换热效率、火用效率、热力学完善度、火用损率、火用损系数等,对间接蒸发冷却过程能量以及有用能的利用、损失情况进行了分析和研究。数值模拟以及热力性能分析的结果表明,冷凝使得间接蒸发冷却器内部的温度场、水蒸汽浓度场等的分布发生了变化,换热效果以及有用能的利用状况也发生了变化。分析结果对间接蒸发冷却器优化设计提供了理论基础。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-10
第1章绪论  10-21
  1.1 前言  10
  1.2 蒸发冷却技术的原理及分类  10-12
  1.3 蒸发冷却技术的发展空间和生态环境效益  12-13
    1.3.1 降低温室效应，维持环境的良性循环  12
    1.3.2 提供理想的送风状态，改善室内空气品质  12-13
    1.3.3 提高系统性能系数，节省不可再生能源消耗  13
  1.4 蒸发冷却技术的实际应用及发展  13-16
    1.4.1 直接蒸发冷却技术的应用  14
    1.4.2 间接蒸发冷却技术的应用  14-15
    1.4.3 除湿复合式蒸发冷却系统的应用  15-16
    1.4.4 蒸发冷却技术的发展方向  16
  1.5 蒸发冷却技术的研究方向  16-19
    1.5.1 传热传质和理论计算的研究  16-17
    1.5.2 强化传热的研究  17-18
    1.5.3 除湿技术及其除湿蒸发冷却系统的研究  18
    1.5.4 蒸发冷却的综合性能研究和分析  18-19
    1.5.5 蒸发冷却换热器和换热系统的优化设计  19
  1.6 本文的选题背景、研究内容及其意义  19-21
第2章板式间接蒸发冷却器的数学物理模型  21-30
  2.1 前言  21
  2.2 板式间接蒸发冷却器的结构以及热质交换特点  21-22
  2.3 数学物理模型  22-30
    2.3.1 物理模型  22-23
    2.3.2 控制方程  23-24
    2.3.3 边界条件  24-26
    2.3.4 内部耦合边界条件的实现  26-27
    2.3.5 数值模拟流程以及数值方法  27-30
第3章数值模拟及结果分析  30-52
  3.1 前言  30
  3.2 前处理、求解器以及后处理  30-32
    3.2.1 控制区域离散化  30-31
    3.2.2 求解器求解  31
    3.2.3 后处理  31-32
  3.3 不考虑冷凝情况的数值模拟结果及其分析  32-36
    3.3.1 速度分布  32-33
    3.3.2 压力分布  33-35
    3.3.3 温度和水蒸汽浓度分布  35-36
  3.4 考虑冷凝情况的数值模拟结果及其分析  36-50
    3.4.1 速度分布  36-37
    3.4.2 压力分布  37-38
    3.4.3 温度分布  38-40
    3.4.4 水蒸汽浓度分布  40-42
    3.4.5 z=0.2m 截面上的水蒸汽浓度分布  42-44
    3.4.6 y=0.2m 截面上的水蒸汽浓度分布  44-47
    3.4.7 一次空气通道侧换热板面的水蒸汽浓度分布  47-50
  3.5 小结  50-52
第4章有冷凝的间接蒸发冷却器的综合性能分析  52-75
  4.1 前言  52
  4.2 效能分析  52-55
    4.2.1 间接蒸发冷却过程能量的转化和损失  53
    4.2.2 换热效率分析  53-55
  4.3 (火用)分析的基本理论及其计算  55-60
    4.3.1 (火用)的产生及发展  55-56
    4.3.2 (火用)的分类  56-57
    4.3.3 (火用)的基本计算  57-58
    4.3.4 湿空气的(火用)  58-59
    4.3.5 (火用)分析  59-60
  4.4 有冷凝的间接蒸发冷却过程的(火用)分析  60-73
    4.4.1 有冷凝的间接蒸发冷却过程有用能的转化关系  60-61
    4.4.2 有冷凝的间接蒸发冷却过程有用能损失分析  61-64
    4.4.3 有冷凝的间接蒸发冷却过程的热力学完善程度分析  64-66
    4.4.4 有冷凝的间接蒸发冷却过程的(火用)损率和(火用)损系数分析  66-69
    4.4.5 有冷凝的间接蒸发冷却过程的(火用)效率和(火用)效比分析  69-73
  4.5 小结  73-75
结论  75-77
参考文献  77-82
致谢  82-83
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  83

有冷凝的板式间接蒸发冷却器三维数值模拟及性能分析

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