针对当前工业企业中循环水冷却存在的效率低、成本高等问题,设计了一种新型的利用循环水压力推动的水冷风机装置,该装置利用循环水系统中自带的余压将循环热水以细水雾形式喷出,使循环水在喷淋区形成了很小的液滴并与空气充分接触换热,同时利用喷头的反向力推动风机转动,将喷淋区域的热空气吹出,冷空气补充进来,从而达到较好的循环水冷却效果。水冷风机装置不耗电、不需要其它填料,是一种节能、绿色环保的新型装置。本文根据运动学原理建立了水冷风机运行的数学模型,推导了其运动学方程,为装置的余压分配和喷头的设计提供了参考和指导;对水冷风机冷却塔中的喷雾过程建立水滴与冷空气之间的传质传热方程,借助多项流模型与湍流模型对水冷风机内部流体流动过程进行了模拟,对水冷风机内部循环水的流速分布、压强分布进行了分析,并对水冷风机喷头处的速度分布于质量流率进行归纳,作为雾化冷却效果初始条件。建立水冷风机冷却塔计算模型,利用MRF模型与离散项模型结合的方式,模拟出循环水在冷却塔中的雾化冷却过程,并分析了循环冷却水在水冷风机冷却塔中的速度分布与压强分布。利用流固耦合的方法,对静止状态下工作状态下的水冷风机进行了模态分析,最后形成了一套比较系统的研究内容。本文取得如下研究结果:(1)优化喷水管结构,设计带喷壶喷水管与无喷壶喷水管两种结构,数值模拟结果显示无喷壶喷水管在相同工况下可获得较大反作用力且具有较高流速,但喷头处不形成旋流,不易雾化,而带喷壶喷水管可在喷壶内形成质量较好的旋流;(2)优化喷头径缩结构参数,对不同工况下与不同径缩时喷头处流体状况进行数值模拟,结果表明同种工况下喷头径缩为8mm时可获得最大的出口流速与流量,可达到更好雾化效果;(3)对不同进水温度水冷风机雾化冷却进行数值模拟,循环热水温度皆可冷却到当地干球温度附近,结果表明水冷风机冷却塔具有优秀冷却性能,可适应不同冷却工况;(4)优化喷雾质量参数,对不同粒径的循环水颗粒冷却效果进行了数值冷却模拟,结果显示粒径的减小可提高冷却性能,2mm粒径比6mm粒径在同工况下冷却效果提高了2.59%,但粒径减小可增加液滴飘失率,可添加集水器减小飘失;(5)模态分析结果表明,水冷风机不论是在静止或运行状态,在低阶频率下皆易发生共振,最大振幅出现在叶片顶端与喷头处,共振发生在水冷风机较低转速下,应尽量减少开机与停机次数从而增长水冷风机使用寿命。