现如今,随着火电机组单体装机容量的不断增大,其配备的自然通风逆流式湿式冷却塔的体积也朝着超大型化发展。1000 MW等级的发电机组配备的冷却塔雨区直径超过120 m,循环水量超过10万吨/小时,导致环境空气很难抵达塔心区域,造成塔内径向通风不均,降低了冷却效率。基于此,本课题组提出了超大型湿式冷却塔的干-湿雨区结构,并探索性地研究了无风工况下其对冷却塔热力和阻力性能的影响规律,但其对塔内三维流场及热质传递特性的影响机制（特别是侧风环境下的影响机制）还未深入研究。本文在前期探索性研究的基础上,首先基于三维数值计算研究了不同环境干球温度、环境湿度、侧风风速、迎风角度、循环水流量和进塔水温下,干-湿雨区对塔内三维流场及热质传递特性的影响机制。其次,为进一步阐明干-湿雨区的增效规律,且与数值计算结论形成互证,本文开展了湿式冷却塔的热态模型实验。最后,本文对干-湿雨区结构参数进行了正交优化研究,获得了相对优化的干-湿雨区结构参数,并对正交数据进行分析,研究了各干-湿雨区结构参数对水温降的影响。本文的主要研究工作及结论如下:（1）建立并完善了可用以模拟无风和侧风环境中干-湿雨区冷却塔热质传递性能的三维数值计算模型。以Fluent为平台,编写UDF程序求解循环水的流动、传热、传质等控制方程。研究了当量直径法、高斯分布法和实测水滴粒径分布法这三种雨区水滴粒径描述方法对数值计算结果的影响规律。结果表明,虽然三种方法均具有各自的优势,但在计算全塔热力性能方面的差别较小,在无需求解雨区水滴运动轨迹的研究中当量直径法即可满足精度要求。为了简化计算,本文采用当量直径法进行后续的模拟研究。此外,模型验证结果表明本文所建三维数值计算模型的最大误差不超过2.5%,精度满足研究要求,所建模型可用于后续研究。（2）研究并揭示了干-湿雨区作用下冷却塔内空气动力场的演变机制和全塔通风量的变化规律。在无风和侧风环境下,通过数值计算研究了不同环境参数和冷却塔运行工况下传统冷却塔和干-湿雨区冷却塔内压强、空气流速和速度矢量的演变机制,并着重研究了分流板下方干区进风通道内的空气流动特征。结果表明,干-湿雨区增大了填料上下表面的压差,使外界空气更易进入到塔心区域,从而增大了雨区和填料底面的空气流速。对全塔通风量的研究表明,两种冷却塔的全塔通风量皆随侧风风速的增加先减小后增大,存在拐点风速（约8 m/s）。在无风和侧风工况下干-湿雨区皆能增大全塔通风量,在无风工况下全塔通风量最大增加约482.4 kg/s,增幅约2.38%,在累年平均侧风风速（5.27 m/s）下,全塔通风量净增约176 kg/s,增幅约0.92%。（3）研究并揭示了干-湿雨区对冷却塔内热质传递特性的影响机制,以及对热力性能评价参数的影响规律。结果表明,外界干冷空气可通过干区进风通道直达冷却塔中心区域,干-湿雨区可显著降低冷却塔中心区域的气-水温度和水蒸气质量分数。通过研究不同环境参数和运行工况下,干-湿雨区对冷却塔内循环水温降、冷却数和冷却效率的影响发现,干-湿雨区分别使三者最大增加0.5℃、8.5%和4.4%。对塔内气-水比和蒸发损失的研究表明,干-湿雨区可大幅增加填料底面的气-水比和接触换热比（接触换热量与总换热量之间的比值）,显著提升填料区的换热量和全塔接触换热的比例,有利于增强全塔的热力性能,而不会增加常规风速下的全塔蒸发损失。但当侧风风速超过拐点风速后,干-湿雨区又可使全塔蒸发损失最大减小约1.7%。（4）为了进一步阐明干-湿雨区对湿式冷却塔的增效规律,并与数值计算的研究结论形成互证,本文以几何相似和密度弗劳德数相似为准则,以循环水温降、全塔通风量、冷却数和冷却效率为评价指标,开展了湿式冷却塔热态模型实验。结果表明,在实验工况下,干-湿雨区使模型塔的循环水温降、全塔通风量、冷却数和冷却效率最大增加约0.29℃、2.4%、3.8%和5.1%。此外,由相似准则可知,模型塔与实塔工况无法做到完全相似,导致实验和模拟的结果无法在数值上进行直接对比。本文以冷却塔性能评价参数随侧风风速和进塔水温的变化趋势为例,对比了热态模型实验与三维数值计算的结果,研究表明,两种研究方法所得性能评价参数的变化趋势基本相同,且在两种研究方法下干-湿雨区对冷却塔皆有显著的增效作用。通过模型实验和数值计算所得结论的互证,本文进一步从多角度阐明了干-湿雨区对超大型湿式冷却塔的增效作用。（5）通过引入“正交实验”的方法对干-湿雨区结构参数进行了正交优化研究。本文对分流板的总覆盖面积、安装角度、长度、安装高度和安装数量这5个干-湿雨区结构参数进行正交优化,并基于极差分析和相关性分析研究了各参数对温降增量的影响。结果表明,分流板的安装高度对温降增量的影响最大,其次是安装角度和总覆盖面积,最后是分流板长度和数量。对本文研究的冷却塔而言,分流板的总覆盖面积为2797.08 m2、安装角度为15°、长度为30.9 m、安装高度为10.37 m、数量为4的干-湿雨区能达到较优的增效效果,此时在设计工况下可使循环水温降增加约0.5℃。本研究揭示了干-湿雨区对超大型湿式冷却塔三维流场及热质传递特性的影响规律,获得了优化的干-湿雨区结构参数,可为干-湿雨区冷却塔的深度节能研究奠定理论基础,并为超大型湿式冷却塔的三维热力设计和技术改造提供指导。