工业领域过程产生的废热往往通过冷却水进行冷却,横流冷却塔则是利用风机通风,将冷却水热量散入空气当中。填料是横流冷却塔的核心部件,空气与水的热质交换过程主要都在填料区完成,其性能的提升对冷却塔效率提高有着重要意义。微尺度与中尺度上的研究主要集中在改善填料表面性质与表面结构,宏观尺度上的研究则侧重填料尺寸、布置等参数对冷却塔性能的影响。本文从这两个方面对横流冷却塔填料传热传质特性展开研究。横流冷却塔填料与逆流式不同,其淋水与进气方向交叉,填料片之间需要在平面上相通。目前横流冷却塔大多采用PVC薄膜式填料,其中人字波纹填料有着良好的液膜铺展与传热能力,许多研究以此为基础对其进行结构与表面性质等优化研究。本文从喷淋水初始分布与填料表面润湿性两个方面,增大气液有效换热面积,增强传热传质。通过搭建喷头布液特性实验台,获得常见喷头的布液空间分布,并以不均度系数表征喷头布液均匀性。多喷头布置中正三角分布最佳,通过分析得到喷头的最佳布置距离,使液滴进入填料的初始位置分布更加均匀。液滴进入填料后的铺展主要取决于表面结构与性质,通过对填料表面进行植绒,将表面粗糙因子提升到4.71,增强表面亲水性,获得了有良好润湿能力的填料。接着通过液滴接触角实验台分析得到植绒密度与绒毛长度对表面液滴润湿效果的影响。在焓差室对试制的人字波纹植绒填料进行实验,在小喷淋密度与小风速下,植绒填料传热传质效果优于普通填料,但在大喷淋密度与大风速下,其性能的提升主要取决于风速与喷淋密度。通过构建二维传热传质模型,得到填料区空气含湿量与含湿量差分布,了解到传热传质效果弱的区域。由植绒实验知道,对于大喷淋密度工况,表面润湿性的提升对填料热质传递增强的效果不大。在横流冷却塔系统实验中,以实际生产尺寸的人字波纹填料为材料,展开不同填料尺寸与工况下的冷却塔性能研究。运用解析法得到容积散质系数的计算模型,填料的容积散质系数、换热量与静压降主要受风速的影响,增大风速能够增强热质传递,但同时风阻变大。通过实验数据,得到容积散质系数与静压降随填料尺寸、淋水密度与风速的影响,同时拟合得到容积散质系数关联式与静压降关联式。风速对填料的传热传质性能起着重要作用,通过对人字波纹板构建三维数值模型,进行了单一气相的压降仿真,并实验验证了模型的准确性。揭示了凹槽深度、板间距与风速等因素对填料板压降的影响,并拟合出静压降关联式,其压降正比于凹槽深度与板间距比值的0.73次方。通过关联式计算得到不同凹槽深度与风速下的风机耗功。填料凹槽深度由5 mm降低到1.5 mm时,表面积不变,液膜覆盖率相近,若保持风速为2 m/s,风机耗功可下降53.3%;若维持分级功耗不变,风速可增大到2.6 m/s,有利于传热传质。