蒸发冷却空调技术的研究现状

蒸发冷却技术的研究现状

摘要蒸发冷却空调技术在干燥地区、空调负荷中等以上的建筑使用，或推广其在中湿度以上地区的舒适性空调中使用，都需要对间接蒸发冷却作进一步的研究。蒸发冷却装置应用很广，但由于其传热、传质过程的耦合，数值模拟的研究还不充分，尤其是蒸发冷却空气的数值模拟还很少。

关键词：蒸发冷却空调数值模拟

The present situation of the research of evaporative cooling

air conditioning

Wang Fang （Shaanxi V ocational College of National Defense Industry）Abstract：Evaporative cooling air conditioning technology in dry areas, air conditioning load above the middle building use, or promote its in Mid-Humidity areas above the comfort air conditioning use, it is necessary to do further research on the indirect evaporative cooling.Evaporation cooling device is of wide application, but due to the heat transfer, mass transfer coupling, numerical simulation research is not sufficient, especially the evaporation air cooling numerical simulation also rarely.

Key Words：evaporative cooling air conditioning numerical simulation 蒸发冷却作为一种看似古老、简单的技术，实际上其内部是一个流动、传热、两相传质的多种复杂耦合在一起的过程，国内、国外学者、工程技术人员对它的相关研究一直没有中断过。学术研究的重点是水膜的蒸发特性，而工程应用则主要依赖于实验结果。

1国内研究现状

杜鹃、武俊梅[1]等针对直接蒸发冷却系统，建立了数学模型，包括控制方程及相应的边界条件，提出水分蒸发在空气流动中的简化处理方法。利用建立的模型对一台实验用的直接蒸发空气冷却器进行了数值模拟，将数值模拟结果与实验测试结果进行了对比，二者一致性较好。通过模拟得出了直接蒸发空气冷却器温度场和湿度场的分布图，并通过模拟分析了迎面风速、填料厚度及空气入口状态参数等因素对直接蒸发冷却系统冷却效率及空气出口状态的影响。

西安工程大学杜鹃[2]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。

西安工程大学武俊梅、黄翔[3]等分析了影响直接蒸发冷却空调机性能的因素，然后对天然植物纤维填料式直接蒸发冷却空调机性能进行了实验研究，并获

得了相关性能曲线。研究结果表明，直接蒸发冷却空词机在我国西北干旱和半干旱地区降温加湿效果很好，完全可以达到舒适性要求，是一种节能的绿色空调；天然植物纤维填料阻力较大，但降温加湿效果更好。

李刚、黄翔[4]等对J. Sto itchkov 建立的关于叉流板式间接蒸发冷却器的数学模型进行了理论计算及实验验证，结果表明，理论值与实验值的相对误差不大于10%。用该模型计算了一次风量、二次风量、淋水量及隔板厚度对一次风出口温度的影响。

周孝清、陈沛霖[5]等介绍了以二次空气湿球温度为依据的间接蒸发冷却器的热工计算方法，并对实验工况进行了计算，与实验结果对比的结论是满意的。

任承钦，彭美君[6]等在考虑壁面两侧空气温度实际变化的前提下，对板式间接蒸发冷却传热过程中影响效率的主要因素，如一次空气进口温度、一、二次空气流速之比，二次空气相对湿度，一、二次通道宽度之比以及壁面润湿率进行了分析研究，为实际换热器设计提供理论依据。

屈元，黄翔[7]等对几种间接蒸发冷却器的热工计算数学模型进行了简要介绍和对比，并对其中两种计算方法进行了实验验证，结果表明周孝清、陈沛霖提出的方法更适用于工程实践。

范伟明[8]等对板式间接蒸发冷却器进行了合理必要的简化假设，应用计算流体力学(CFD)方法，建立了板式间接蒸发冷却器的三维数学物理模型。通过前处理器Gambit建立了数学模型的三维离散网格，针对间接蒸发冷却器一次空气通道考虑与不考虑冷凝的情况，对传热传质耦合的边界进行了定义，分别编制了用户自定义程序。通过Fluent实现对耦合传热传质过程的求解。

丁杰[9]对板式间接蒸发冷却器的结构和换热特点进行了分析。通过引入合适的假设，建立了层流和紊流情形下的数学模型，并拟合得到了平均Nu数和平均Sh数关于Re数和无量纲数 的计算式。

张旭等[10]将管式间接蒸发冷却器抽象为管束内一次空气不混合，管束外二次空气和水膜横向混合的叉流换热器，建立数学模型，得到一次空气、水膜温度及二次空气焓在空间分布的解析表达式。

鱼剑琳等[11]对管式间接蒸发冷却器水平单管外对流传质进行了实验测定，获得了经验关系式。

张旭等[12]根据不可逆热力学理论,给出了管式间接蒸发冷却器的熵产单元数的解析表达式。

黄翔、武俊梅[13]介绍了现有的几种管式间接蒸发冷却器的热工计算模型，并加以比较。分析了各种模型的不足之处，优选出了一种新型简便、实用性较强的计算模型，并对其进行了实验验证,为管式间接蒸发冷却器的设计、优化和推

广应用奠定了基础。

2国外研究现状

国外对各种蒸发冷却装置的内部传热、传质过程的研究较多，但多数集中在冷却塔、液膜蒸发冷却、蒸发式冷凝器的热工计算模型和数值模拟，这些装置中是以液体的冷却作为目的，所以数学模型的侧重点与蒸发式空气冷却器或加湿器的有所不同。

Saman和Alizadeh[14]提出了除湿冷却器并做了三组实验。实验表明，一次空气入口温度和相对湿度增加，可以增加冷却效率和除湿效率。

Zhao,Shli Liu[15]等分析了作为间接蒸发冷却器传热、传质介质的各种金属、纤维、陶瓷等材料，结果表明金属的热传导率、水膜保持率对系统的热质传递几乎没有影响。

Halasz [16]提出了一个针对所有蒸发冷却装置（包括冷却塔、蒸发式冷凝器、蒸发式液体冷却器、空气洗涤器等）的通用的一维数学模型。

Stabat 等[17]提出了两种直接和间接蒸发冷却的设计方法，该方法可以确定室内的小时温、湿度条件和设备能耗。

Ren和Yan g[18]在间接蒸发冷却器模型中考虑了布水温度的变化和热交换表面布水的焓的变化，利用这种分析模型得出结果和数学积分方法有很好的一致性。

Qiun和Riffa t[19]设计了一种新式的蒸发冷却器以提高效率，并将此蒸发冷却器用到高温潮湿的地区。

Riffat和Zhu[20]对多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器建立了数学模型，进行数值模拟，并与实验结果进行了比较，认为这种理论模型结果能够用于对多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器的性能估算。

San José Alonso等[21]对间接蒸发空气冷却器的简化而建立了一种数学模型，用来分析各种条件和各种形式的间接蒸发冷却器，并与实验结果予以验证，用来进行能量分析和参数优化。

Zhao等[22]给出了用于露点间接蒸发冷却系统的机械压缩空气的一种新式逆流热质交换器，并进行了数值研究。数值模拟结果可以用来优化热交换器的几何尺寸和运行状况，以提高热交换器的制冷（露点和湿球）效率并且使露点冷却系统的能效最大化。

以上关于蒸发冷却空调的应用现状表明，推广蒸发冷却空调技术在干燥地区、空调负荷中等以上的建筑使用，或推广其在中湿度以上地区的舒适性空调中使用，都需要对间接蒸发冷却作进一步的研究。综上所述，蒸发冷却装置应用很广，但由于其传热、传质过程的耦合，数值模拟的研究还不充分，尤其是蒸发冷