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露点间接—直接蒸发冷却空调机组的优化设计

作　者: 刘小文
导　师: 黄翔；吴志湘
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: 露点间接蒸发冷却器最佳二次/一次风量比露点温度换热效率阻力
分类号: TU831.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

当今世界,节能减排已经成为国际世界的主流趋势。而空调作为建筑能耗的大户,随着社会的不断进步,还在继续增加。因此HVAC系统的节能显得尤为重要。蒸发冷却作为一种节能、环保、高效的空调方式得到了越来越多的重视,那么如何进一步提高现有各种蒸发冷却设备的换热效率,使能源利用效率最大化,是我们对蒸发冷却空调提出的新的要求。露点间接蒸发冷却与传统蒸发冷却形式相比,换热效率大大提高,但是距离理想的露点温度还有一定差距。本文以此为出发点,针对高湿度地区的气候条件,提出了露点间接—直接蒸发冷却空调,分别从露点间接段的结构和填料的选择上对整机的换热效果进行了优化设计和实验研究。首先,从理论上对空调机组的原理、特性及传热传质的强化进行了分析,并根据具有自主知识产权的发明专利露点板式间接蒸发冷却器设计和加工出了实验样机。之后通过对GLASdek、CELdek、铝箔、PVC及冷却塔用多孔陶瓷填料这五种填料进行对比实验得到以下结论:(1)测试所用PVC填料效率随着淋水密度的增加而降低。本实验中淋水密度为1600kg/m2h时,效率可以达到最大。(2)陶瓷填料的效率高于铝箔,且仅次于CELdek。但是阻力较大。(3)各种填料的阻力随迎面风速的变化基本呈幂函数变化,而随淋水密度的变化呈线性变化且变化平缓。迎面风速对填料过流阻力的影响明显大于淋水密度。(4)各种填料都有各自的最佳淋水密度和最佳风速。综合考虑效率阻力两方面的因素,在本实验范围内,推荐最佳淋水密度和风速组合为:1600kg/m2h,2.5m/s。为了深入分析整机的性能,作者设计搭建了露点间接—直接蒸发冷却空调样机实验台,并与常规露点间接蒸发冷却器进行了对比,实验结果表明:(1)在此实验范围内,单独开启预冷段二次风机和主风机时,预冷段最佳二次/一次风量比为1.2,效率最高达0.72。一次侧阻力随着一次风量的减小而降低。(2)单独开启冷却段二次风机和主风机时,冷却段最佳二次/一次风量比为1.69。随着二次/一次风量比的不断增大,一次侧风速不断减少,而二次侧风速发生了被动式的改变,略微增加。一次侧阻力随着风速的降低不断减小,二次侧阻力则随着风速的变化缓慢增加。(3)当预冷段和冷却段二次/一次风量比分别为1.2和1.5时,开启各个功能段的风机和水泵,此时整机温降高达10.24℃。(4)在福州地区,加上预冷段后,露点间接蒸发冷却比一般露点式间接蒸发冷却器的效率明显提高,其温降接近单独使用直接蒸发冷却的效果,且不会增加空气中的含湿量。(5)在福州这样的高湿度地区,整机联合运行时,出口温度低于当地室外空气湿球温度,接近露点温度。且比单独使用直接蒸发冷却温降大大提高,湿度小。那么在中湿度和干燥地区,其冷却终温必将更加逼近露点温度。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-19
  1.1 课题来源  11
  1.2 研究背景  11-14
    1.2.1 露点间接蒸发冷却  12-13
    1.2.2 直接蒸发冷却  13-14
    1.2.3 蒸发冷却空调机组  14
  1.3 国内外研究现状及发展动态  14-17
    1.3.1 露点间接蒸发冷却空调技术  14-15
    1.3.2 直接蒸发冷却填料  15-17
    1.3.3 发展动态  17
  1.4 课题的提出  17-18
  1.5 课题的主要内容和创新点  18-19
    1.5.1 课题的主要内容  18
    1.5.2 课题的创新点  18-19
2 露点间接—直接蒸发冷却空调理论研究  19-30
  2.1 露点间接—直接两级蒸发冷却空调机组原理  19-20
  2.2 露点间接—直接蒸发冷却空调机组特性  20-23
  2.3 降膜蒸发对机组传热传质的强化机理  23-25
    2.3.1 降液膜表面波动对蒸发冷却的强化  23-24
    2.3.2 降液膜表面毛细力对蒸发冷却的强化  24-25
  2.4 气液界面热阱对蒸发冷却传热传质的强化  25
  2.5 不同地区露点间接蒸发冷却潜能分析  25-28
  2.6 小结  28-30
3 露点间接—直接蒸发冷却空调机组实验台设计  30-38
  3.1 设计依据  30
  3.2 机组外形设计  30-31
  3.3 机组各功能段结构设计  31-35
    3.3.1 露点间接段  31-34
    3.3.2 直接蒸发段  34-35
  3.4 实验样机风系统设计和设备选型  35-36
  3.5 小结  36-38
4 直接蒸发冷却填料实验研究  38-54
  4.1 直接蒸发冷却填料概述  38-39
  4.2 多孔陶瓷材料的基本结构参数  39-40
  4.3 多孔陶瓷直接蒸发冷却器的特性及机理  40-44
    4.3.1 多孔陶瓷填料的特性  40-43
    4.3.2 多孔陶瓷填料直接蒸发冷却器传质机理  43-44
  4.4 实验测试方案  44-47
    4.4.1 测试对象  44
    4.4.2 实验台介绍  44-45
    4.4.3 实验内容和测试仪器  45-47
  4.5 测试结果及分析  47-52
    4.5.1 填料效率实验  47-49
    4.5.2 填料阻力实验  49-51
    4.5.3 综合性能对比分析  51-52
  4.6 结论  52-54
5 露点间接—直接蒸发冷却空调机组实验研究  54-70
  5.1 实验台测试方案  54-56
    5.1.1 测点布置  54
    5.1.2 测试内容  54-55
    5.1.3 测量参数  55-56
  5.2 测试结果及分析  56-68
    5.2.1 预冷段换热效率及过流阻力实验  56-59
    5.2.2 冷却段换热效率及过流阻力实验  59-64
    5.2.3 实验样机整机换热效率及过流阻力实验  64-67
    5.2.4 同一实验条件下不同蒸发冷却方式对比  67-68
  5.3 小结  68-70
6 结论与展望  70-73
  6.1 结论  70-71
  6.2 存在的不足  71
  6.3 课题展望  71-73
参考文献  73-78
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  78-79
攻读硕士学位期间申请的专利目录  79-83
攻读硕士学位期间参加的主要学术会议目录  83-84
致谢  84

露点间接—直接蒸发冷却空调机组的优化设计

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