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大型工业用板式IEC的计算机仿真及优化研究

作　者: 罗海燕
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IEC 解析解仿真综合换热系数结构优化运行控制优化
分类号: TB65
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 63次
引　用: 2次
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内容摘要

间接蒸发冷却器(Indirect Evaporative Cooler)是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的高效节能冷却设备。板式IEC作为一种比管式IEC更为紧凑适用的换热设备，在工业领域得到了越来越广泛的应用。目前，在间接蒸发冷却器的研究和应用过程中，取得了许多有效的成果，但也存在许多急需解决的问题。本文的目的就是通过一系列的理论和实验研究，对这些问题进行初步的探讨，以此促进板式IEC在工业领域的进一步推广和应用。首先，针对被冷却工艺介质发生蒸汽冷凝的情况，根据热湿交换理论，在分析板式间接蒸发冷凝器传热传质过程的基础上，建立传热传质微分方程组，并在合理假设的前提下，给出其近似解析解，得到的结果可以用于工程的设计应用。其次，根据传热传质微分方程组所取得的解析解和编制的计算机仿真程序，得到了板式蒸发冷凝器内部冷却空气的焓值以及喷淋循环水温度沿冷凝器高度方向分布的解析表达式，揭示了冷凝器内部温度和焓值的分布规律，为板式蒸发冷凝器的结构优化和节能运行奠定了理论基础。针对被冷却的工艺介质不发生相变被冷却的情况，本文从实际的工程应用出发，在前人研究的理论成果的基础上，通过适当的简化，比较系统的提出了板式间接蒸发冷却器的简化热工计算方法，并编制了计算机程序对实际过程进行仿真，方便工程计算和应用。本文还通过模型实验的方法，证实了冷却空气侧用以空气湿球温度为基准综合换热系数进行板式IEC换热计算的合理性。为了更好的发挥板式IEC的结构的有效性，本文对其进行了结构优化研究。以换热量Q最大为目标函数，以换热面积F和热电比QPR为约束条件，通过编程计算得到了结构优化参数，结构优化后的冷却器换热量比原设计有了较大幅度的提高，并就各个结构参数对蒸发式冷却器多个性能指标的影响作了分析。最后，本文还对板式IEC的运行作了优化。以其总耗电量P为目标函数，以工艺要求的换热量Q和结构参数为约束条件，建立了板式IEC的运行优化模型，还分析流量参数对蒸发式冷却器的换热性能和耗电量的影响。最后，本文提出了板式IEC运行调节的控制方案，对提高调节的动态特性和准确度有一定的意义，初步解决了板式IEC节能运行的控制调节问题，更好地发挥其节能作用。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-13
第1章绪论  13-19
  1.1 课题概述  13-14
  1.2 蒸发冷却技术原理及运用  14-15
    1.2.1 蒸发冷却技术原理  14
    1.2.2 蒸发冷却技术在其他工业领域的应用  14-15
  1.3 蒸发式冷却技术的研究历史及现状  15-16
  1.4 本课题内容  16-18
  参考文献  18-19
第2章板式蒸发冷凝器换热模型及其仿真  19-36
  2.1 概述  19-20
  2.2 板式蒸发冷凝器传递过程的理论模型  20-24
    2.2.1 模型的简化与假设  20-23
    2.2.2 板式蒸发冷凝器的传递过程的基本方程组  23-24
  2.3 板式蒸发冷凝器的传递过程的基本方程组的解析求解  24-27
  2.4 数学模型中各参数的确定  27-29
    2.4.1 从板内热工质侧到板外空气侧水膜表面总传热系数  27
    2.4.2 板内工艺蒸汽冷凝换热系数  27-28
    2.4.3 板外壁与板外冷却水膜对流换热系数  28-29
  2.5 板式蒸发冷凝器计算机仿真  29-33
  2.6 算例分析  33-34
  2.7 本章小结  34-35
  参考文献  35-36
第3章板式间接蒸发冷却器热工计算方法及其仿真  36-47
  3.1 概述  36
  3.2 板式间接蒸发冷却器的热工计算方法  36-40
    3.2.1 模型的简化与假没  36-37
    3.2.2 P-NTUt法  37-38
    3.2.3 对数平均温差(LTMD)校正因子F法  38-39
    3.2.4 简化热工计算方法  39-40
  3.3 模型中各参数的确定  40-41
  3.4 板式蒸发冷却器的计算机仿真  41-46
    3.4.1 板式蒸发冷却器计算软件简介  41-45
    3.4.2 板式蒸发冷却器计算软件程序流程  45-46
  3.5 本章小结  46
  参考文献  46-47
第4章板式IEC性能实验  47-56
  4.1 概述  47
  4.2 板式IEC性能实验台  47-48
  4.3 板式间接蒸发冷却器试验件  48-49
  4.4 实验数据及结果处理  49-54
    4.4.1 干工况实验数据整理  49-51
    4.4.2 干工况空气侧换热系数  51-52
    4.4.3 湿工况空气侧综合换热系数  52-54
  4.5 喷淋水量对换热性能的影响研究  54
  4.6 本章小结  54-55
  参考文献  55-56
第5章板式IEC结构优化和运行优化  56-87
  5.1 优化设计的基本原理  56-59
    5.1.1 换热器性能的评价  57-59
  5.2 板式IEC的QPR模型  59
  5.3 板式IEC的结构优化  59-74
    5.3.1 结构优化模型的建立  59-61
    5.3.2 结构优化模型优化变量的选择  61-62
    5.3.3 结构优化模型约束条件的确定  62
    5.3.4 结构优化模型的求解  62-70
    5.3.5 结构优化变量的灵敏度分析  70-74
  5.4 板式IEC的运行控制的优化  74-84
    5.4.1 运行控制优化目标函数的建立  74-75
    5.4.2 运行控制优化模型优化变量的选择  75
    5.4.3 运行控制优化模型约束条件的确定  75
    5.4.4 运行控制优化模型的求解  75-81
    5.4.5 运行控制优化变量的灵敏度分析  81-83
    5.4.6 节能运行的优化控制方案  83-84
  5.5 本章小结  84-85
  参考文献  85-87
第6章结论与展望  87-90
  6.1 结论  87-88
  6.2 进一步工作的方面  88-90
致谢  90-91
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  91

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