逆流式露点蒸发冷却器参数敏感性分析和结构优化

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在全球气候变暖的大背景下,极端天气呈现多发趋势,极大阻碍了人类社会和经济可持续发展。减少化石能源的使用,控制碳排放,缓解全球变暖趋势刻不容缓。目前,我国建筑制冷的主要选择依旧是机械压缩制冷系统,其不仅要消耗大量的电能,而且使用的化学制冷剂,也属于温室气体会加剧温室效应。露点蒸发冷却技术以其环保、高效和能耗低的优点引起了大家的关注。有大量关于露点蒸发冷却器的优化研究,发现了一些对冷却器冷却性能影响较大的参数,如一次空气入口温湿度和速度,通道高度和通道间距等,但是对于冷却器的不同性能评价指标(冷却效率和制冷量),每个参数的影响趋势和影响程度是不相同的。当某一个参数发生变化时,产出空气温度降低,冷却效率随之增加,但制冷量会下降。制冷量是由产出空气温度和产出空气流量两个因素决定的。目前的优化研究大多基于水平式逆流露点蒸发冷却器,当入口风速一定时,一次空气流量和通道宽度强相关,其它条件相同,制冷量也和通道宽度强相关。但在实际中,一次风入口通常位于侧面,保持一次空气入口长度不变,一次风入口风速一定时,通道宽度变化,一次空气流量不发生改变。本文选取侧进风露点蒸发冷却器进行优化研究,当露点蒸发冷却器的产出空气参数满足送风要求后,综合考虑产出空气温度、制冷量和冷却效率之间的关系,追求综合效益最大。在前人研究的基础上,选取可控的对冷却器冷却性能影响较大的关键参数,对侧进风逆流式露点蒸发冷却进行近一步优化分析。首先通过流体力学和传热传质的基本方程,建立了侧进风逆流式露点蒸发器中一二次空气和水膜的热湿传递的二维数学模型,选择COMSOL仿真软件,通过有限元法进行模拟研究,并通过已发表的实验测试数据验证了模型的准确性。之后对侧进风露点蒸发冷却器进行了参数敏感性分析,采用正交试验法研究了可控的关键参数对露点冷却器冷却效率和制冷量的影响,采用极差分析和方差分析对正交试验结果进行了统计分析,对选定的4个关键参数对性能评估指标的影响程度进行了排序。结果表明,一二次风量比r对冷却效率的影响程度最大,一次风入口速度ud,in对制冷量的影响程度最大。之后以ISO 7730标准为室内热舒适评价指标来确定送风参数的温湿度要求,模拟分析侧进风逆流式露点蒸发冷却在干燥较热地区的适用性。综合考虑产出空气温度、冷却效率和制冷量,采用有限元法对蒸发冷却器的运行参数和几何参数进行优化,研究了一次风入口速度、一二次风量比、通道间距和通道高度对系统冷却性能的影响。结果表明,随着一次风风速的增加,产出空气温度和制冷量都会提高,在送风参数满足要求的前提下,可通过增加一次风风速来增加制冷量;当一二次风量比为0.4、通道间距为5 mm时,在一次风入口速度为1到7m?s-1的范围内,通道高度大于0.8 m的露点蒸发冷却器满足热舒适送风要求。同时,在本文参数所选的优化范围内,换热面积一定,通道高度和通道宽度的比值越大,冷却性能越好。
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