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通道內(nèi)，解決地鐵站等地下建筑設置冷卻塔的問題，本文通過調(diào)研地鐵站排風通道內(nèi)空氣參數(shù)、比較現(xiàn)有換熱器的傳熱機理、優(yōu)選冷卻方式，開發(fā)了一種新型間接蒸發(fā)冷卻器，對其傳熱傳質(zhì)機理和性能進行理論和實驗研究。
　　 本文研究

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

3、)，利用fluent軟件模擬分析了換熱器的強化傳熱機理，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，進入直管段100～200mm時，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，對管內(nèi)流體邊界層的擾動始終存在，實驗研究發(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。
　　 通過對固定噴霧冷卻、噴淋水冷

4、卻(光管)、旋轉噴霧冷卻、換熱器表面包覆吸水材料時的噴淋水冷卻四種冷卻方式的比選研究，確立旋轉噴霧冷卻為最佳冷卻方式，研究發(fā)現(xiàn)：旋轉噴霧冷卻比固定噴霧冷卻提高32％；與噴淋水冷卻相比，旋轉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，長期運行后換熱器表面結垢、起泡現(xiàn)象嚴重，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換熱器性能有重要影響，本文提出了在每個

5、換熱器兩側旋轉布水，利用噴霧液滴高速沖擊換熱器表面，形成厚度極薄的完整、均勻的水膜強化傳熱的理念，開發(fā)出相應的旋轉布水裝置(專利申請?zhí)枺?00910300391.8，200910300388.6)和新型氣水霧化噴嘴(專利申請?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?zhí)枺?00910300389.0)，確定了任意噴嘴布局方式時旋轉裝置所需的噴嘴數(shù)量，布水速度(轉速)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系，液滴在空氣中的運動狀態(tài)，奠定換熱器傳熱性能分析的基礎，實驗研究了噴霧系統(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)對布水速度和霧化角的影響，獲得了旋轉裝置的阻力、噴嘴霧化角的擬合公式及泄漏系數(shù)，確定了換熱器關鍵運行參數(shù)——噴霧系統(tǒng)參數(shù)，為深入研究換熱器性能提供基礎數(shù)據(jù)。
　　 旋轉噴霧布水冷卻時，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，本文在理論計算基礎上初步確定噴嘴結構尺寸，利用fluent軟件詳細分析了噴嘴出口孔徑、氣水比對噴嘴性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)：噴嘴出口孔徑為0.6mm，最佳氣水比對應的壓縮空氣量為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，獲得了預冷后的水膜溫度和噴霧水飄逸損失量和換熱器最佳管長，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、阻力性能，研究發(fā)現(xiàn)，換熱器最佳管長僅與螺旋間距和換熱器直徑有關，空氣速度和噴霧水量存在最佳值。
　　 采用正交實驗驗證了模型中各參數(shù)對換熱器性能的影響，研究不同換熱器管徑，噴霧水流量，空氣流速，空氣溫、濕度時換熱器的性

9、能，分析了兩個換熱器并聯(lián)運行時的換熱情況，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，換熱器換熱量最大；兩個換熱器叉排、并聯(lián)運行時，其中一個換熱器的換熱量與單個換熱器獨立運行時的換熱量相差很小，運行費下降將近一半；換熱器表面有油污時，換熱器表面水膜狀態(tài)惡化，換熱能力降低20％。
　　 經(jīng)濟性分析發(fā)現(xiàn)：在不考慮地鐵站臺土地成本基礎上，換熱器管長滿足最佳管長，兩個換熱器叉排、并聯(lián)運行時，其成本和運行