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多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器的研究

作　者: 毛秀明
导　师: 黄翔；文力
学　校: 西安工程大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 管式间接蒸发冷却器多孔陶瓷亲水性露点传热传质
分类号: TU831.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

蒸发冷却是一种环保高效且经济的冷却方式。但是蒸发冷却空调系统并非完美,也存在着一些问题,需要改进和完善。众所周知,蒸发冷却空调所存在的最重要的问题是换热器壁面亲水性较差,二次空气侧水与空气间的热湿交换不充分,致使换热效率不高,温降有限。本文针对间接蒸发冷却器二次通道壁面亲水性较差、易腐烂等问题,提出将多孔陶瓷材料应用于管式间接蒸发冷却器,设计制作了多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器,并对其传热传质机理进行了理论分析,在多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器试验台上对其进行了深入的实验研究。本文从多孔介质以及非饱和多孔介质输运机制出发,结合毛细诱导界面蒸发理论分析了多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器的传热传质机理。通过分析我们可以看出,将多孔陶瓷材料用于间接蒸发冷却是非常有利的。多孔陶瓷管本身的孔隙率和毛细作用等可以从根本上改善了传统间接蒸发冷却器壁面亲水性差的问题,还充当了布水器和蓄水器的作用,并大大增加了空气和水的热湿交换面积,而且能够促进蒸发过程的发生,提高了换热器的效率。之后本文对适合于间接蒸发冷却的多孔陶瓷材料进行了选择,并从风量、空气状态参数、结构、传热以及阻力等方面对多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器进行了详细的设计计算,最后依据设计加工制作出了多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器。为了深入分析研究多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器的性能,本文自行设计搭建了多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器实验台,并进行了实验测试,实验结果分析表明:(1)在本研究所搭建的实验台上,淋水量为200L/h时,二次风量为450m3/h时与喷淋水的热湿交换最充分。综合考虑下,最佳一次风量为500m3/h,最佳二次/一次风量比为0.9时效率最佳,此时效率达到35.4%,温降达到4℃。(2)在一次空气风量分别为500m3/h、400m3/h和300m3/h,二次/一次风量比为0.9的情况下,随着淋水量的减小,冷却器的效率和温降逐渐升高,当淋水量由150L/h变为0(即停止喷水)时,冷却器的效率和温降达到最大,此时的冷却器效率和温降是在停止喷水的120分钟内冷却器所有测试结果的平均值。(3)由于多孔陶瓷管的蓄水能力,使得在停止喷水的情况下冷却器的效率和温降可以稳定维持100分钟。在淋水量为150L/h的情况下连续喷水5分钟可以将多孔陶瓷管充分湿润,大大缩减喷水时间,真正实现了间歇供水,节水节能。(4)冷却器一次空气侧压降随着一次风量的增大而增大,一次风量为500m3/h时,压降达到最大的118Pa。(5)在西安地区干燥天气下,当一次空气为400m3/h,二次/一次风量比为1,淋水量为200L/h时,冷却器的效率可达42.2%,温降达到7.8℃。(6)试验中对多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器和多孔陶瓷填料直接蒸发冷却器组合而成的多孔陶瓷两级蒸发冷却进行了性能测试,当一次空气为400m3/h,二次/一次风量比为1,淋水量为200L/h,多孔陶瓷填料直接蒸发冷却器淋水密度为4000kg/m2·h时,多孔陶瓷两级蒸发冷却总温降可达17.7℃,经过多孔陶瓷两级蒸发冷却处理后的一次空气的出口温度低于一次空气入口的湿球温度,接近其露点温度。本文所研究内容解决了管式间接蒸发冷却器亲水性差、换热效率低等问题,为进一步开发多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器提供了参考依据,为今后蒸发冷却技术的进一步推广应用奠定一定的基础。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
1 绪论  12-20
  1.1 课题来源  12
  1.2 研究背景  12-15
    1.2.1 露点间接蒸发冷却  12-14
    1.2.2 多孔陶瓷材料  14-15
    1.2.3 蒸发冷却与多孔陶瓷相结合  15
  1.3 国内外研究现状及发展动态  15-18
    1.3.1 露点间接蒸发冷却空调技术  15-17
    1.3.2 利用多孔陶瓷材料的蒸发冷却空调技术  17-18
    1.3.3 发展动态  18
  1.4 课题的提出  18
  1.5 课题主要内容和创新点  18-20
    1.5.1 课题的主要内容  18-19
    1.5.2 课题的创新点  19-20
2 多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器传热传质分析  20-32
  2.1 多孔介质  20-21
  2.2 多孔介质基本参数  21-24
    2.2.1 结构参数  21-22
    2.2.2 基本特性参数  22-24
  2.3 非饱和多孔介质传热传质机制  24-29
    2.3.1 质量传输机制  26-28
    2.3.2 热量传输机制  28-29
  2.4 多孔陶瓷与管式间接蒸发冷却的结合  29-31
    2.4.1 天然的布水器和蓄水器  29
    2.4.2 增大热质交换面积  29-30
    2.4.3 毛细诱导界面蒸发  30-31
  2.5 小结  31-32
3 多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器设计  32-43
  3.1 多孔陶瓷的选择  32-33
  3.2 多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器设计计算  33-40
    3.2.1 基本参数的确定  33-35
    3.2.2 多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器结构初步规划  35
    3.2.3 传热计算  35-38
    3.2.4 阻力计算  38-39
    3.2.5 最终结构  39-40
  3.3 多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器制作  40-42
  3.4 小结  42-43
4 多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器实验台设计  43-51
  4.1 试验台设计概况  43
  4.2 风系统设计  43-45
    4.2.1 风管管路设计  43-44
    4.2.2 风管尺寸及风机的确定  44-45
  4.3 喷淋水系统设计  45-46
  4.4 多孔陶瓷填料直接蒸发冷却器设计  46-49
    4.4.1 多孔陶瓷填料  46-48
    4.4.2 直接蒸发冷却器箱体设计  48
    4.4.3 直接蒸发冷却器喷淋水系统设计  48-49
  4.5 实验台运行过程  49-50
  4.6 小结  50-51
5 多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器实验研究  51-64
  5.1 实验测试仪器  51-52
  5.2 试验测试方案  52-54
  5.3 测试结果与分析  54-63
    5.3.1 二次/一次风量比  54-57
    5.3.2 淋水量  57-60
    5.3.3 一次空气侧压降  60
    5.3.4 干燥天气下冷却器性能  60-61
    5.3.5 多孔陶瓷两级蒸发冷却性能  61-63
  5.4 小结  63-64
6 结论与展望  64-66
  6.1 结论  64-65
  6.2 存在的不足  65
  6.3 课题展望  65-66
参考文献  66-71
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  71-72
攻读硕士学位期间申请的专利目录  72-75
攻读硕士学位期间参加的主要学术会议目录  75-76
致谢  76

多孔陶瓷管式露点间接蒸发冷却器的研究

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