冷却塔作为一种排除工业废热的装置,广泛应用于电力、石油化工和钢铁等工业领域。其中喷雾式空冷塔由于其结构简单、耗水量低和启停灵活等特点成为当前主流的工业水冷却设备。如何降低喷雾蒸发冷却系统耗水量和提高设备的整体换热效率是增强企业核心竞争力的关键。为此,本文对喷雾式空冷塔中喷雾蒸发冷却系统的喷雾方案和设备内部换热管束的优化进行了研究。具体的研究过程如下:首先,研究了喷雾蒸发冷却系统的优化技术。通过DPM离散相模型和两相流相间耦合理论,建立了适用于塔内对流环境下喷雾蒸发冷却过程的物理模型;研究了夏季典型工况时（干球温度34℃、相对湿度40%）,喷嘴数量、喷射方向和喷雾比等参数对喷雾蒸发效果的影响,得到喷嘴数量为6、喷射方向纯逆流（α=0°、β=0°）、喷雾比80%的优化喷雾方案,相较于饱和喷雾量可节约用水量20%;还研究了夏季环境温湿度变工况对所需最少喷雾量的影响,在模拟范围（干球温度31℃～34℃,相对湿度30%～50%）内,该喷雾方案相比于饱和喷雾量降低了20%～91%的喷雾水耗。其次,研究了内部换热管束的强化换热技术。根据流固耦合传热理论,建立了空气横掠螺旋翅片管束换热器时的物理模型;研究了翅片螺距、翅片高度、翅片厚度和横纵向翅顶间距等参数对换热器综合换热性能的影响,获得了一组较优的结构参数（即翅片螺距2.3 mm、翅片高度13 mm、横向翅顶间距14.5 mm）,相比优化改进前换热器单位迎风面积换热量提高了14.92%,综合换热性能提高了6.15%。最后,将数值模拟结果进行了工程验证。测试结果表明:采用喷雾蒸发冷却系统的优化技术后,相比原系统节约用水量约22.32%;采用内部换热管束的强化换热技术后,设备整体的综合换热性能上升了3.45%。本文通过对喷雾式空冷塔设备中喷雾蒸发冷却系统和螺旋翅片管束换热器两个重要部分各自影响因素研究和优化,有效提升了该设备节水性能及综合换热性能。研究结果可为喷雾式空冷塔设备的设计优化提供一定的理论依据和参考。