环境问题日益突出、能源危机进一步加深,为积极响应国家号召的节能减排政策,石油化工、电厂和炼油等领域都在不断探索高效、节能、环保的换热设备。利用水的汽化潜热大量带走热量的蒸发式空冷器由于高效的换热效率近年来被广泛应用,但是它依然存在一些缺陷,如管壁易形成水垢,冷却范围较窄等。为此,预冷式蒸发空冷器应运而生,但是这种新型的换热设备在设计上的理论指导还不成熟,在实际应用上的经验依旧不足。本文依托自主设计建立的预冷式蒸发空冷器中试实验装置,考察了工艺介质流量、工艺介质入口温度、风量和喷淋水量等因素对预冷式蒸发空冷器传热性能的影响,结果表明:当热水泵频率控制在36Hz,风机频率和循环水泵频率分别为45Hz和40Hz时,传热效果最佳,此时总热流密度可达到11 k W/m2,湿式部分管外给热系数可达到2000W/(m2·K)。适当提高工艺介质进口温度,换热能力可以进一步增强。湿式部分换热效果的增强使得二次空气温度升高,进而影响干式部分的换热能力;另外,湿式部分达到最佳换热效果时,干式部分并非最佳。论文从热量和质量守恒的角度,理论分析了传热传质过程,得出了四个常微分方程来描述整个换热过程,并给出了边界条件。对管外复杂的给热系数这一理论难点进行了深入研究,将预冷式蒸发空冷器传热的实验数据导入SPSS软件进行了多元线性回归分析,得到了干式部分翅片管管外给热系数的最优数学模型,其拟合优度为0.891,并对模型进行了综合评价和统计学检验;进一步对比考察了实验系统干、湿运行时的传热性能,当只考察风速对翅片管管外给热系数的影响时,对应模型的拟合优度由系统干运行时的0.782下降到系统湿运行时的0.642。研究结果表明:预冷式蒸发空冷器干式部分受湿式部分影响较大;空气迎风速度始终是影响翅片管管外给热系数的最显著因素;回归建立的传热数学模型能很好地表征实验结果,为预冷式蒸发空冷器的实际应用和优化设计提供了经验指导和理论依据。