地鐵專用間接蒸發(fā)冷卻器研究.pdf

1、由于地鐵沿線通常是城市最繁華的地區(qū)，地鐵站附近更是寸土寸金，在地鐵站地面上設(shè)置冷卻塔，不僅成本高昂，而且影響城市景觀和環(huán)境，帶來極大的噪聲污染和衛(wèi)生隱患，迫切需要一種高效換熱器替代目前常用的冷卻塔，將冷卻塔移入地鐵站排風(fēng)通道內(nèi)，解決地鐵站等地下建筑設(shè)置冷卻塔的問題，本文通過調(diào)研地鐵站排風(fēng)通道內(nèi)空氣參數(shù)、比較現(xiàn)有換熱器的傳熱機(jī)理、優(yōu)選冷卻方式，開發(fā)了一種新型間接蒸發(fā)冷卻器，對(duì)其傳熱傳質(zhì)機(jī)理和性能進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　 本文研究

2、的換熱器是地鐵站內(nèi)排風(fēng)通道內(nèi)運(yùn)行，排風(fēng)通道內(nèi)空氣溫濕度直接決定其性能，通過對(duì)廣州地鐵幾個(gè)曲型站臺(tái)的排風(fēng)通道空氣參數(shù)實(shí)測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)在全新風(fēng)工況下，地鐵站排風(fēng)通道內(nèi)空氣溫、濕度沒有明顯升高，個(gè)別站臺(tái)排風(fēng)通道內(nèi)空氣參數(shù)甚至朝有利于傳熱傳質(zhì)的方向發(fā)展，表明排風(fēng)通道內(nèi)熱濕源對(duì)排風(fēng)溫濕度影響很小，將冷卻塔移入站臺(tái)內(nèi)部可行。
　　 通過對(duì)現(xiàn)有間接蒸發(fā)冷卻器傳熱機(jī)理的比選研究，研發(fā)了一種新型螺旋管換熱器(專利申請(qǐng)?zhí)枺?00910300390.3

3、)，利用fluent軟件模擬分析了換熱器的強(qiáng)化傳熱機(jī)理，研究了螺旋管換熱器和蛇形管換熱器在不同R/r比值下的二次環(huán)流，確定了螺旋管換熱器R/r臨界值，研究發(fā)現(xiàn)：蛇形管換熱器在半圓形折返管出口形成穩(wěn)定的二次環(huán)流，進(jìn)入直管段100～200mm時(shí)，二次環(huán)流消失；螺旋管換熱器中始終存在穩(wěn)定的二次環(huán)流，對(duì)管內(nèi)流體邊界層的擾動(dòng)始終存在，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，與蛇形管換熱器相比，螺旋管換熱器換熱性能提高40％左右。
　　 通過對(duì)固定噴霧冷卻、噴淋水冷

4、卻(光管)、旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻、換熱器表面包覆吸水材料時(shí)的噴淋水冷卻四種冷卻方式的比選研究，確立旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻為最佳冷卻方式，研究發(fā)現(xiàn)：旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻比固定噴霧冷卻提高32％；與噴淋水冷卻相比，旋轉(zhuǎn)噴霧冷卻換熱能力提高將近80％；換熱器表面包覆吸水材料初期能提高換熱器性能，長(zhǎng)期運(yùn)行后換熱器表面結(jié)垢、起泡現(xiàn)象嚴(yán)重，熱阻迅速增加，布水均勻性惡化，削弱換熱器換熱。
　　 由于換熱器表面水膜的均勻性和完整性對(duì)換熱器性能有重要影響，本文提出了在每個(gè)

5、換熱器兩側(cè)旋轉(zhuǎn)布水，利用噴霧液滴高速?zèng)_擊換熱器表面，形成厚度極薄的完整、均勻的水膜強(qiáng)化傳熱的理念，開發(fā)出相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)布水裝置(專利申請(qǐng)?zhí)枺?00910300391.8，200910300388.6)和新型氣水霧化噴嘴(專利申請(qǐng)?zhí)枺?00820303833.5)，發(fā)明了一種適合于地鐵等地下建筑使用的新型間接蒸發(fā)冷卻器(專利申請(qǐng)?zhí)枺?00910300389.0)，確定了任意噴嘴布局方式時(shí)旋轉(zhuǎn)裝置所需的噴嘴數(shù)量，布水速度(轉(zhuǎn)速)與噴嘴噴射方向與

6、換熱器表面法向夾角α、噴霧介質(zhì)流量、噴嘴出口孔徑等因素的關(guān)系，液滴在空氣中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，奠定換熱器傳熱性能分析的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)研究了噴霧系統(tǒng)流量、噴嘴出口孔徑，噴嘴噴射方向與換熱器表面法向夾角α等參數(shù)對(duì)布水速度和霧化角的影響，獲得了旋轉(zhuǎn)裝置的阻力、噴嘴霧化角的擬合公式及泄漏系數(shù)，確定了換熱器關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)——噴霧系統(tǒng)參數(shù)，為深入研究換熱器性能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　 旋轉(zhuǎn)噴霧布水冷卻時(shí)，液滴粒徑的大小決定換熱器表面水膜狀態(tài)和飄逸損失量和換熱

7、器外側(cè)空氣溫濕度，噴嘴霧化角及液滴分布決定噴嘴數(shù)量和壓縮空氣量，本文在理論計(jì)算基礎(chǔ)上初步確定噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸，利用fluent軟件詳細(xì)分析了噴嘴出口孔徑、氣水比對(duì)噴嘴性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)：噴嘴出口孔徑為0.6mm，最佳氣水比對(duì)應(yīng)的壓縮空氣量為8m3/h，液滴粒徑60μm，霧化角為100°。
　　 建立了地鐵專用間接蒸發(fā)冷卻器——旋轉(zhuǎn)噴霧間接蒸發(fā)冷卻器傳熱模型，研究了換熱器的傳熱傳質(zhì)機(jī)理，著重分析了噴霧水液滴、換熱器表面水膜與空氣的傳

8、熱傳質(zhì)過程，獲得了預(yù)冷后的水膜溫度和噴霧水飄逸損失量和換熱器最佳管長(zhǎng)，分析了噴霧水流量，冷卻水流量，空氣溫、濕度和換熱器螺旋間距對(duì)換熱器性能的影響，利用Matlab軟件編寫求解程序，獲得了換熱器熵產(chǎn)變化，最佳管長(zhǎng)、阻力性能，研究發(fā)現(xiàn)，換熱器最佳管長(zhǎng)僅與螺旋間距和換熱器直徑有關(guān)，空氣速度和噴霧水量存在最佳值。
　　 采用正交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型中各參數(shù)對(duì)換熱器性能的影響，研究不同換熱器管徑，噴霧水流量，空氣流速，空氣溫、濕度時(shí)換熱器的性

9、能，分析了兩個(gè)換熱器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的換熱情況，研究發(fā)現(xiàn)：空氣流速為3m/s，噴霧水量為20L/h、壓縮空氣量為8m3/h時(shí)，換熱器換熱量最大；兩個(gè)換熱器叉排、并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其中一個(gè)換熱器的換熱量與單個(gè)換熱器獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的換熱量相差很小，運(yùn)行費(fèi)下降將近一半；換熱器表面有油污時(shí)，換熱器表面水膜狀態(tài)惡化，換熱能力降低20％。
　　 經(jīng)濟(jì)性分析發(fā)現(xiàn)：在不考慮地鐵站臺(tái)土地成本基礎(chǔ)上，換熱器管長(zhǎng)滿足最佳管長(zhǎng)，兩個(gè)換熱器叉排、并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其成本和運(yùn)行