火电厂工业耗水量大,其中冷却塔耗水量占了很大比例。冷却塔内安装集水器的目的是为了降低水损失。目前绝大部分的集水器为PVC材料生产制作的波纹形集水器,该集水器在实际运行环境中维护成本高、收水效率较低、材料易损坏脱落,造成水资源的大量浪费。本课题针对冷却塔内气液两相流复杂环境,进行了纤维复合材料集水装置的结构设计及性能研究。本文分析研究了涡流环境内微小液滴的碰撞聚并机理,细观尺度描述了循环冷却水气液耦合的节水回用原理;编制了汽液两相涡流环境聚并核专用函数并嵌入FLUENT软件;同时,基于集水器的力学性能要求,进行了纤维复合材料集水器的结构设计;通过数值模拟与物理实验相结合的研究方法,建立了冷却塔及旋流集水器物理实验系统,确定了通过宏观物理实验优化数值计算中聚并核函数边界参数的研究思路。针对火电厂冷却塔内饱和水汽的湿热环境,为了满足集水装置各项性能指标,进行了纤维复合材料及其装置的结构设计。确定了 30%体积含量的短切长玻纤增强聚丙烯复合材料的选取。通过测试,其拉伸、弯曲及抗湿热老化等性能均优于传统PVC材料。依据费劳德相似理论搭建了 50:1自然通风逆流湿式冷却塔实验平台,进行塔内流速、压力、温湿度、收水率、水质等宏观实验数据的实时监测与统计分析,验证了模型的准确性与可靠性;通过实验平台测试了不同工况条件下集水装置的收水率及回收水质变化。测试结果表明,新型旋流集水装置相比传统波纹板集水器的收水率提高了 14%以上,回收水中悬浮物含量降低了 50%以上,验证了新型集水装置对"临界态"区间内的直径约为5-50微米的微小液滴具有良好的收水效果,同时可有效改善循环水品质。本研究得到旋流环境内微小液滴聚并机理并建立了聚并核专用函数,指导了纤维复合材料集水器设计。针对不同应用环境及要求,可实现纤维复合材料高效节能集水器的定制,提高其节水率与使用寿命。可广泛适用于采用水循环系统冷却的各行业中,对工业节水具有重大意义。