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热的传递的实验报告

热质过程实验报告

直接蒸发冷却空调机传热传质过程摘要

蒸发冷却技术的广泛应用对节能减排有重大意义，其传热

传质过程的性能优化准则是改善蒸发冷却性能的理论基础。

直接蒸发冷却空调机因其节能和环保的优点而在干燥和半

干燥地区的推广使用越来越受到重视，但针对其内部工作过

程的理论计算方法至今尚未完善。在通过对直接蒸发冷却空

调机与冷却塔传热、传质过程进行类比分析,得到直接蒸发冷

却空调机的热工计算方法。

关键词

直接蒸发冷却传热传质

工作原理

传热学就是研究由温差引起的热量传递规律的科学,混合

物的组分在浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度的方向转

移的过程叫做传质。而传质与传热学则是研究传热的基本理

论以及传质基本过程。直接蒸发冷却是当水和空气直接接

触时,利用水和空气之间的水蒸气分压力差,水蒸发使空气失

去显热降温而同时得到潜热加湿。在使用循环水时,空气的状

态变化过程近似为一等焓过程见图1。直接蒸发冷却空调机

的冷却效率定义为:

η=(t1-t2)/(t1-tw)

式中t1———空调机进口空气干球温度,℃

t2———空调机出口空气干球温度,℃

tw———进、出口空气湿球温度,℃

直接蒸发冷却空调机是一种新颖的空调设备，因其具有节

能、环保、送风品质高等优点，在干燥和半干燥地区的推广

使用越来越受到重视。其工作原理如图2所示,设备下部设有

集水箱，循环水经过水泵及流量调节阀送至填料顶部,将水均

匀淋在填料层上，然后淋水依靠重力下流，润湿整个填料表

面,空气通过淋水填料层时，与填料层表面水膜进行热湿交

换，空气传递显热给水,干球温度降低，而水分蒸发成水蒸气

进入空气中，空气的含湿量增加，潜热增加。冷却后的空气

用于空调。

可以看出，直接蒸发冷却空调机是利用水的蒸发吸热来冷

却空气，冷却后的空气送入空调房间，而水只在空调机内部

循环使用。为扩大水与空气的接触面积，在冷却塔和空调机

内部均装有吸湿性较好的填料，其综合性能直接影响到设备

的冷却性能。

影响直接蒸发冷却空调机热湿交换性能的各因素的分析

由式(21)可知,影响直接蒸发冷却空调机热湿交换性能的

因素有迎面风速v、空气与湿膜表面间的换热系数α、填料

厚度δ、填料的面积系数ζ等。现以瑞士蒙特的CELdek(赛

代克)填料为例,分析说明以上各因素对热湿交换性能的影

响。经过数据拟合,得出冷却效率与迎面风速及填料厚度、换

热系数与迎面风速的关系曲线,如图3～5所示。由图3和图

4可知,当填料厚度一定时,迎面风速的大小将直接影响到冷

却效率及换热系数的大小。增大迎面风速,空气与水的对流换

热增强,换热系数增大,但由于接触时间减少,阻力明显增加,

使得整个直接蒸发冷却空调机的冷却效率下降。减少迎面风

速,热湿交换时间变长,冷却效率提高,但换热系数变小,且会

使得设备体积增大。由图4知直接蒸发冷却空调器中空气与

湿膜表面间的换热系数为40～120W/(m2·℃)。

实际应用

日常生活中遇到的水分蒸发和煤气在空气的弥漫以及室

内装修造成的空气污染等都是传质现象。同样在自然界和工

程实际中,海洋的水面蒸发在潮湿的大气层中形成云雨；生物

组织对营养成分的吸收；油池起火和火焰的扩散；冷却塔、

喷气雾化干燥、填充吸收塔等的工作过程都是传质过程的具

体体现。

传质过程又常和传热过程符合在一起,例如空调工程中常

用的表面式空气冷却器在冷却去湿工况下,除了热交换外还

有水分在冷表面凝结洗出;还有在吸收式制冷装置的吸收器

重发生的吸收过程等,均是既有热交换又有质交换的现象。在

测量湿空气参数时所用的干湿球温度计,湿球温度也是由湿

球纱布与周围空气的热交换和质交换条件所决定的。

进展

国外的蒸发冷凝技术发展比较早,所取得的理论和研究成

果也比较高。蒸发式冷凝设备基本传热传质理论是在1925

年由merkel所提出并发展起来的,为以后的理论研究奠定了

基础。之后在二十世纪中期,S·G·Chuklin、尾花英郎等提出了

关于蒸发式冷凝器设计的普遍化方法。Parker和Treyball研

究了蒸发式冷却器的传热、传质性能,阐明了蒸发式冷却器的

传热、传质机理。对蒸发式冷凝器与凉水塔混合系统的实验

表明此系统能显著降低冷凝温度,并节约换热面积。开发了一

套用于设计水平或竖直放置的光管、翅片管蒸