在包括热力发电系统在内的众多动力系统中,超过一半的热量通过冷端装备排放至环境中,优异的冷端散热能力是动力系统安全高效运行的关键。采用蒸发冷却技术的自然通风湿式冷却系统因其高效的散热能力在水源充足地区应用广泛。而在水资源相对匮乏的中国北部,采用表面式换热技术的自然通风干式冷却系统因具有巨大的节水优势而备受青睐,但其在夏季高温出力受限。自然通风干湿联合冷却系统因具有节水和节能的双重特点而受到越来越多的关注。自然通风干湿联合冷却系统按照水蒸发的主要用途可分为蒸发预冷式和常规两种型式。本文以上述两类自然通风干湿联合冷却系统为研究对象,采用跨尺度三维数值模拟方法,在进行有效的实验验证后,深入分析了冷却系统内部工质的输运特性,并提出适应多变环境条件的运行调控策略,为自然通风干湿联合冷却技术的发展和工程应用提供理论指导。喷雾蒸发预冷系统和传统自然通风干式冷却系统组合成喷雾蒸发预冷式自然通风干湿联合冷却系统。本文将两个子系统进行耦合计算以获得更准确的系统运行特性,并分析了环境参数（环境风和环境相对湿度）和预冷系统运行参数（水滴尺寸、喷洒距离和喷嘴列数）对联合冷却系统热力性能的影响。研究结果表明,预冷系统主要降低进入空冷散热器的气流温度进而提升干冷部分的散热效果,对空冷系统的进风量并无直接影响。环境相对湿度对预冷效果起决定性作用;在中等环境湿度下,减小液滴尺寸、延长喷洒距离和增大喷嘴列数可适当提高预冷系统的冷却效果。环境风会破坏各部分冷却单元的进风均匀性从而影响预冷系统对各区域散热器性能的改善程度。整体上,预冷系统开启后,迎风侧空冷散热器散热量提升较小而背风冷却单元的散热效果改善较为明显。大风速下,侧风区域出现的热风渗透现象会减弱预冷系统的预冷效果。因此,将更多的预冷水喷雾蒸发在背风区域可进一步降低机组背压。逆流式自然通风湿式冷却系统（湿冷部分）和散热器塔内水平布置及塔外竖直布置的自然通风干式冷却系统（干冷部分）分别组合成空气侧串联进风和空气侧并联进风的常规自然通风干湿联合冷却系统,且干冷部分在湿冷部分上方。针对上述两种常规联合冷却系统,本文讨论分析了环境参数（环境风和环境相对湿度）和运行参数（湿冷布水率）对其热力性能的影响。研究结果表明,针对空气侧串联进风的联合冷却系统,环境风主要对迎风区域产生不利影响。环境风速较大时,散热器和填料迎风区域甚至会出现热风回流现象。针对空气侧并联进风的自然通风干湿联合冷却系统,干冷部分的侧风区域和湿冷部分的迎风区域受环境风的负面影响较大。风速较大时,侧风区域散热器和填料迎风侧区域分别出现热风渗透和热风回流现象。对于两种联合冷却系统,高速环境风下冷却塔进口背风侧出现的涡流和冷却塔出口出现气流偏移会进一步恶化冷却系统热力性能。在常规自然通风干湿联合冷却系统中,气流通过干冷部分时的温升远大于湿冷部分,但绝大部分工况下的湿冷部分散热量要高于干冷部分。针对空气侧串联进风的联合冷却系统,环境相对湿度基本不影响进风量。对于空气侧并联进风的联合冷却系统,仅在中高风速下,进风量对环境相对湿度不敏感;而在无风条件下,湿润的环境有利于干冷部分散热。整体上,降低环境湿度仍有利提高两种联合冷却系统的散热量。增大湿冷布水率,能有效加强雨区水滴的防风效果和湿冷部分的传热传质能力,进而降低冷却系统出口水温。在常规自然通风干湿联合冷系统湿冷部分进行风场诱导调控可以显著改善环境风作用下的填料迎风区域的热风回流现象,从而改善冷却系统的热力性能。针对空气侧串联进风的联合冷却系统,干冷部分散热量的上升幅度要高于湿冷部分。但针对空气侧并联进风的联合冷却系统,干冷部分散热效果显著下降。盖板由于结构简单、安装方便且防风效果较好,故可作为首选风场诱导措施。