热源塔夏季换热以潜热为主,冬季换热则以显热为主,由此存在冬夏季换热能力不匹配的问题。为保证热泵系统冬季稳定工作,热源塔需按冬季工况设计。如使用常规冷却塔填料,势必造成热源塔体积过大,使得存在在一些场合因场地受限而不能应用的问题。根据热源塔的传热传质原理可知,为减小热源塔体积,可通过增加热源塔填料的比表面积以获得更大的气液接触面积来实现。同时,需考虑如何在现有淋液密度下充分利用热源塔内的换热面积。故本文采用理论分析、数值模拟和实验研究的方式,从热源塔填料尺寸优化、填料表面润湿性改善和大比表面积填料的使用三个方面对填料进行优化研究。本文研究结果为热源塔紧凑化提供了参考,为热源塔的优化设计提供了新思路。为高效利用热源塔内的换热面积,就填料尺寸进行优化研究。在对热源塔换热过程热质传递机理进行分析的基础上,构建了热源塔内热质传递的数学模型,利用数学模型对不同状态的空气在热源塔中与溶液的传热传质过程进行分析,确定热源塔的吸热工况。通过数值模拟的方式,就吸热工况下填料的高度和宽度对热源塔热质传递性能的影响进行研究,确定在吸热工况下设计热源塔时,应尽可能减小填料的宽度而增加填料的高度,使热源塔热质传递性能更优。为在现有淋液密度下更有效润湿填料表面,需提高填料表面的润湿性能。在对理想表面和粗糙表面的润湿行为进行分析的基础上,理论研究了竖直平板降膜的机理和孔结构对液膜渗流效应的影响,提出了填料表面增加润湿性的改进方法。构建了填料表面润湿性研究实验装置,以单位填料表面上液膜润湿面积(成膜率)为润湿改性评价指标,揭示了动态液膜成膜滞后特征,实验研究了不同材料、粗糙度和孔结构对填料表面成膜性的影响,确定表面粗糙度和孔结构均能增加亲水填料的表面润湿性能,提高填料表面的有效换热面积。为减小热源塔体积,提出使用大比表面积、表面冲有网孔的孔板波纹填料,在增加换热面积的同时,有效提高填料表面的润湿性。构建了热源塔实验系统,对比研究了空气和溶液入口参数对孔板波纹填料和人字波纹填料热源塔热质传递性能及流动性能的影响规律,并拟合了两种填料热源塔的热质传递系数和单位宽度压降关联式。基于两种不同填料热源塔的实验研究,通过理论分析对其综合性能进行评估,确定在风量、溶液流量、迎风尺寸和换热量均相同的条件下,孔板波纹填料热源塔的体积和压降均低于人字波纹填料热源塔。故孔板波纹填料的使用,能有效缩小热源塔的体积,降低热源塔的占地面积。本文研究结果为热源塔紧凑化提供了参考,为热源塔的设计及优化提供了依据。