《182 直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器數(shù)學(xué)模型》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器數(shù)學(xué)模型西安工程大學(xué)強天偉黃翔張大鎮(zhèn)摘要：蒸發(fā)冷卻填料中空氣與水之間傳熱傳質(zhì)過程同時發(fā)生，過程復(fù)雜。在對蒸發(fā)冷卻傳熱傳質(zhì)及空氣處理過程機理的分析基礎(chǔ)上，建立邊界層理論模型，為蒸發(fā)冷卻設(shè)備的設(shè)計、應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。關(guān)鍵詞：直接蒸發(fā)冷卻邊界層理論模型傳熱傳質(zhì)符號說明阿拉伯字母B大氣壓力Pab1,b2,b3與填料種類和結(jié)構(gòu)有關(guān)的實驗常數(shù)cp定壓比熱1.01kJ/（kg·K）d含濕量kg/kgg重力加速度m/s2Ka基于含濕量差的容積傳質(zhì)系數(shù)kg/（m3·s）ma質(zhì)量流率kg/（m2·s）mv質(zhì)量源項，即空氣與水的質(zhì)交換率kg/（m3·s）N室內(nèi)工況

2、點O送風點pq濕空氣中的水蒸氣分壓力Paqv能量源項，即空氣與水膜的熱交換率W/m3Sxx方向動量方程源項，由質(zhì)量源項產(chǎn)生Syy方向動量方程源項，由質(zhì)量源項產(chǎn)生Tt+273.15Kt溫度℃tgw空氣干球溫度℃tgo絕熱條件下空氣被冷卻的溫度℃tsw空氣濕球溫度℃u速度m/sv速度m/sW室外工況點w速度m/s希臘字母λ導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·℃）μ動力粘滯系數(shù)N·s/m2ρ密度kg/m3τ時間sΓ淋水密度kg/（m2·s）下角標a空氣s水/空氣交界面(surface)w水1直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器蒸發(fā)冷卻過程不使用CFCs，對大氣環(huán)境無污染，可直接采用全新風，提供良好的室內(nèi)空氣

3、品質(zhì)。一般可以直接補充水分來維持蒸發(fā)過程的進行。目前國外對蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，在我國也有許多公司開始制造生產(chǎn)單元式和機組式直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)，這些產(chǎn)品的生產(chǎn)與應(yīng)用對中國低能耗制冷技術(shù)的推廣和應(yīng)用起到了極大的促進作用[1]。圖1直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器如圖1所示，直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器是一種使用循環(huán)水的蒸發(fā)冷卻設(shè)備，主要包括一個風機，填料，水泵（不斷地將水池里的水噴到填料上以保持填料濕潤）以及補水泄流部件。風機抽室外空氣通過濕潤的填料，使得室外空氣更潮濕更冷卻，冷卻的空氣進入房間，并將室內(nèi)熱空氣從打開的窗口、門等處排出，這一點和傳統(tǒng)制冷空調(diào)明顯不同，它不使用循環(huán)風，能保持

4、室內(nèi)空氣清新[2]。2直接蒸發(fā)冷卻傳熱傳質(zhì)及空氣處理過程分析圖2直接蒸發(fā)冷卻示意圖圖3直接蒸發(fā)冷卻過程h-d圖圖2，3顯示了直接蒸發(fā)冷卻的物理過程和空氣處理工程，室外空氣在風機的作用下流過被水淋濕的填料而被冷卻，空氣的干球溫度降低而濕球溫度保持不變，蒸發(fā)冷卻器通過液態(tài)水汽化吸收汽化潛熱來降低干空氣溫度。理論上是顯熱和潛熱的轉(zhuǎn)化，當水和未飽和干空氣接觸時發(fā)生熱和質(zhì)的傳遞，傳遞是由水和空氣之間的溫度差和蒸汽壓力差引起。從空氣到水的熱傳遞使部分水分蒸發(fā)，而部分水分蒸發(fā)成水蒸氣進入空氣又是質(zhì)傳遞，熱質(zhì)傳遞在蒸發(fā)冷卻器中同時進行，結(jié)果干空氣的部分顯熱傳給了水并通過蒸發(fā)部分水分

5、而變成潛熱，蒸發(fā)的部分水分帶著吸收的潛熱變成水蒸氣又成為空氣中的一部分，所以空氣的全部熱量既沒增加也沒減少，但是空氣干球溫度由于失去部分顯熱而降溫，而它的濕球溫度并不因為吸收了水蒸氣中的潛熱而受影響，因為水蒸氣是在濕球溫度下進入空氣中的。這個過程為絕熱加濕。空氣的全熱（焓）始終不變只是熱的干空氣變成冷的濕空氣。[3]tgw空氣干球溫度tgo絕熱條件下空氣被冷卻的溫度tsw空氣濕球溫度W室外工況點N室內(nèi)工況點O送風點3邊界層理論模型蒸發(fā)冷卻技術(shù)屬于低品位能源利用技術(shù)，其主要特點是在淋水填料表面進行熱質(zhì)交換，其過程是流動、傳熱、傳質(zhì)同時發(fā)生，相互耦合，交叉影響的復(fù)雜不可

6、逆熱力過程，空氣和水呈叉流狀，故對其內(nèi)部的流動狀況進行描述、測量和計算比較困難，研究主要以實驗為基礎(chǔ)，理論計算也是其難點之一[4,5]。本章通過分析填料式直接蒸發(fā)冷卻設(shè)備內(nèi)部傳熱、傳質(zhì)過程，建立數(shù)學(xué)模型，為蒸發(fā)冷卻設(shè)備的設(shè)計、應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。現(xiàn)有的邊界層理論建立的數(shù)學(xué)模型很少考慮到質(zhì)量源項產(chǎn)生的動量源項對動量方程的影響，為此，在建立動量方程時將動量源項的影響考慮進去以減小數(shù)學(xué)模型和實際問題之間的偏差。假設(shè)條件：（1）忽略空氣、水與外界的換熱，空氣進行絕熱加濕。（2）空氣溫度、含濕量和水溫只沿流動方向變化。（3）液膜流動為層流，表面無波動。（4）水膜很薄，淋水

7、量只要滿足潤濕整個填料表面即可，故而忽略其厚度。（5）直接蒸發(fā)冷卻過程穩(wěn)定。（6）氣液、液固界面表面無滑移。如圖4所示,空氣流動方向為x，水流動方向為y，填料寬度方向為z。根據(jù)假設(shè)條件，可簡化為二維模型，確定如圖5所示的計算區(qū)域。圖5計算區(qū)域及邊界圖4空氣和水流動坐標示意圖3.1控制方程[6]（1）質(zhì)量方程空氣：(1)水：(2)（2）動量方程通常x軸（速度為u）動量方程為：考慮了動量源項影響的空氣、水的動量方程如下：空氣：(3)水：(4)（3）能量方程空氣：(5)水：(6)（4）空氣含濕量質(zhì)量守恒方程(7)（5）濕空氣狀態(tài)方程(8)（6）質(zhì)量交換方程(9)（7）