板式间接蒸发冷却器简化热工计算程序的开发

    蒸发冷却技术采用水作为制冷剂,能够减少温室气体的排放,降低对大气的污染,并节省能源。在间接蒸发冷却器中,板式间接蒸发冷却器由于制作工艺简单、换热效率高而得到广泛应用。国内外许多从事蒸发冷却方面的研究者对板式间接蒸发冷却器进行了传热传质的理论和实验研究,黄翔等[1-5]对板式间接蒸发冷却器的热工计算方法、计算步骤及其简化进行了更深入的研究,形成了一套较为完备的蒸发冷却空调的热工计算方法。由于简化后的计算过程依然较为复杂,完全用手工计算全过程需要花费一定时间,所以将这套简化后的热工计算方法用计算机编程实现是很有必要的。

    1 板式间接蒸发冷却器热工计算的简化

    为了便于实施板式间接蒸发冷却器的热工计算,黄翔等人[1]对间接蒸发冷却段的模型做出以下简化假设:

    1)换热器与外界无热交换;

    2)忽略沿壁面纵向的热传导以及沿流动方向流体内部的热传导;

    3)质量流量、入口热力状态均匀一致;

    4)水均匀地淋在每个通道间壁上且表面完全湿润;

    5)二次通道侧的水膜是静止的;

    6)满足刘易斯关系式,即刘易斯数Le为1;

    7)水对壁面无扩散,即间壁隔板无渗透性;

    8)各个通道的换热过程及换热量完全相同。

    根据以上假设得到表1中的计算公式。表中:η_IEC为板式间接蒸发冷却器的换热效率;M1为一次空气的质量流量(kg/s);M₂为二次空气的质量流量(kg/s);cp为干空气的定压比热容(kJ/(kg•℃));cpw为以空气湿球温度定义的湿空气定压比热容(kJ/(kg•℃));NTU为传热单元数;F为板式间接蒸发冷却器的总传热面积(m²);k为湿空气饱和状态曲线的近似斜率;K为板式间接蒸发冷却器平均传热系数(W/(m2•℃));1/α1为一次空气与壁面之间对流换热热阻(m²•℃/W);Dm/Km为间隔平板的导热热阻(m2•℃/W),可通过所使用的材料厚度和导热系数计算得到;Dw/Kw为二次空气侧壁面水膜的导热热阻(m2•℃/W),通过实验确定最佳值;α₂为二次空气侧的对流换热系数(W/(m²•℃));υ₁和υ₂分别为一二次空气的流速(m/s);v₁和v₂分别为一二次空气的运动黏度(m2/s);P_r1和P_r2分别为一二次空气的普朗特准则数;λ₁和λ₂分别为一二次空气的导热系数(W/(m•℃));d_e,1和d_e,2分别为一二次通道的当量直径(m)。

    黄翔等[1]指出:根据经验和实验可得,二次风量和一次风量之比(M2/M1)的最佳值在0.4~0.6之间,此时蒸发冷却器的换热效率与风机能耗达到最佳匹配。