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到目前为止,作为节能、环保、经济的蒸发冷却空调系统在国内外还没有形成一套针对蒸发冷却空调机组的便于设备制造的简化的热工计算方法,也没有针对该系统设计的具有蒸发冷却空调特色的设计计算过程、原则和合理的设计参数等,这就给从事蒸发冷却空调的制造和该系统的设计人员带来了不便,阻碍了该空调系统的发展。现有蒸发冷却空调设备及其系统都是依靠经验进行制造和设计的,这种做法是不够严谨和科学的。
为此,本课题从工程最优化角度出发,针对目前应用广泛的板式间接蒸发冷却器和填料式直接蒸发冷却器的热工计算的优化和简化以及蒸发冷却空调系统的设计计算进行了研究。
第一,本课题在相关文献以平均温差法和效能-传热单元数法为基本理论依据,对板式间接蒸发冷却器进行了热工分析,并得到了换热效率与各影响因素之间的关系表达式的基础上,通过实验手段确定了板式间接蒸发冷却器热工计算的平台—最佳淋水密度值为4.4×10-3kg/m·s,并通过计算得到了二次空气侧最佳的平均液膜厚度δw为0.51mm。将此最佳平均液膜厚度值作为常数带入一次空气与二次空气的平均传热系数公式中,解决了板式间接蒸发冷却器热工计算的关键问题,使热工计算得到了简化。
第二,在相关文献对填料式直接蒸发冷却器的换热效率与各影响因素之间的热质交换方程,和通过实验手段得到的喷淋冷水填料内部对流换热系数与各影响因素之间的关系式α=0.033M0.03qDEC0.1tw-1.98t1.68twb0.129的基础上,针对喷淋循环水的填料式直接蒸发冷却器,通过实验的手段得到了喷淋循环水填料的最佳淋水密度值为1.60kg/m2·s后,将此最佳淋水密度值以常数的形式带入以上公式,同时,由于喷淋循环水的水温与被处理空气的湿球温度可近似看成是一个影响参数,对以上公式合并同类项,最终得到了喷淋循环水的填料式直接蒸发冷却器填料内部对流换热系数的表达式:α=0.035v0.031t1.678twb-1.855,进而得到了其换热效率的简化计算表达式:ηDEC=1-exp(-0.029t1.678twb-1.855v-0.97ξδ)。
将实际工程的测试结果与蒸发冷却器的简化热工计算方法的计算结果相对比,计算误差分别在7﹪和5﹪以内,在工程允许的误差范围之内,证明了这两种通过实验手段简化了的热工计算方法是可行的结论。
为简便起见,借鉴喷水室简化热工计算方法,以表格的形式归纳总结出了蒸发冷却器简化热工计算方法的步骤和计算内容。
第三,在对蒸发冷却空调系统工程的测试和调研的基础上,借鉴传统机械制冷空调系统和喷水室的设计方法和内容,推导并归纳出包括计算公式、设计步骤、机组的设计选用原则以及合理的设计参数等,为蒸发冷却空调的系统设计奠定了基础。
以上工作分别为从事蒸发冷却空调器制造和蒸发冷却空调系统设计的人员奠定了理论基础并提供了具有现实意义的指导,推动了蒸发冷却空调的进一步规范化和标准化,为蒸发冷却空调在我国的进一步应用与发展将会起到积极的促进作用。