地鐵站全膜流板式蒸發(fā)冷卻器傳熱傳質(zhì)機(jī)理研究.pdf

1、為了充分吸引客流,地鐵站總是設(shè)置在鬧市區(qū)。在寸土寸金的鬧市區(qū),在滿足冷卻塔設(shè)置要求的前提下,又要與周圍的環(huán)境協(xié)調(diào)共存,很難找到一個合適的位置安置冷卻塔。因此,迫切需要一種高效換熱設(shè)備替代常規(guī)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。本文提出采用全膜流板式蒸發(fā)冷卻器代替冷卻塔的構(gòu)想,并對該換熱設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了理論和實驗研究。主要包括以下內(nèi)容:
　　 論文闡述了全膜流板式蒸發(fā)冷卻器的運(yùn)行環(huán)境、系

2、統(tǒng)構(gòu)成以及工作原理。通過對順流、逆流、叉流條件下的模擬計算以及該設(shè)備安裝位置的比較分析,指出不論從提高設(shè)備換熱性能方面,還是從設(shè)備安裝和日后的運(yùn)行維護(hù)方面在地鐵排風(fēng)道水平段設(shè)置全膜流板式蒸發(fā)冷卻器都是最佳方案。
　　 全膜流板式蒸發(fā)冷卻器至少包括板式蒸發(fā)換熱器和全膜流蒸發(fā)布液器,板式蒸發(fā)換熱器與對應(yīng)的全膜流蒸發(fā)布液器構(gòu)成冷卻單元,實際工程應(yīng)用中,可根據(jù)換熱量增減冷卻單元數(shù)量。通過對模擬計算結(jié)果與實驗結(jié)果的關(guān)聯(lián)分析,指出均勻布膜技

3、術(shù)和研制適用于地鐵站排風(fēng)道環(huán)境的板式蒸發(fā)換熱器是全膜流板式蒸發(fā)冷卻器的核心技術(shù)；換熱板片之間的間距、儲液槽與換熱板之間的夾角以及儲液槽下邊緣與換熱板片之間的縫寬是全膜流板式蒸發(fā)冷卻器的關(guān)鍵參數(shù)。
　　 建立全膜流板式蒸發(fā)冷卻器液膜在氣體外掠條件下液膜流動和傳熱特性的數(shù)學(xué)模型,探討了氣液界面切應(yīng)力協(xié)同條件下層流液膜非線性溫度分布的液膜傳熱性能,分析液膜厚度和傳熱系數(shù)沿液膜流動方向上的變化趨勢,討論界面切應(yīng)力、界面對流換熱強(qiáng)度和雷諾

4、數(shù)等因素的對液膜換熱的影響。結(jié)果表明:隨著液膜雷諾數(shù)的增加,無量綱液膜厚度逐漸增大,無量綱液膜換熱系數(shù)逐漸減?。煌蚪缑媲袘?yīng)力對液膜有推動拉伸作用,液膜傳熱系數(shù)隨同向界面切應(yīng)力的增加不斷增大；反向界面切應(yīng)力對液膜流動有阻礙作用,液膜傳熱系數(shù)隨反向界面切應(yīng)力的增加不斷減小,并且反向界面切應(yīng)力對液膜換熱的影響比同向界面切應(yīng)力顯著。分析湍流液膜渦旋粘性和速度分布,對渦旋粘性、界面切應(yīng)力和雷諾數(shù)對液膜厚度和液膜傳熱系數(shù)的影響進(jìn)行討論,結(jié)果表明:

5、渦旋粘性隨著界面切應(yīng)力的增大逐漸增大,并且隨著界面切應(yīng)力的增大,渦旋粘性的最大值逐漸向氣液界面靠近；無量綱速度分布隨著距離壁面間距的增加不斷增大。
　　 在氣液叉流條件下,采用VOF兩相流模型,考慮表面張力源項和氣液兩相傳質(zhì)源項,編寫UDF程序,建立了三維全膜流板式蒸發(fā)冷卻器數(shù)理模型,對實驗條件和恒定壁面熱流密度條件液膜流動的傳熱傳質(zhì)性能進(jìn)行模擬計算,考察表面張力、固液接觸角等因素對液膜流動狀態(tài)和傳熱傳質(zhì)性能的影響,結(jié)果表明:隨

6、著表面張力系數(shù)和固液接觸角的增大,液膜的不穩(wěn)定性增強(qiáng),邊界發(fā)生波動,在實際工程應(yīng)用中,應(yīng)當(dāng)采取一些物理或化學(xué)方法,降低液相表面張力,以促進(jìn)連續(xù)液膜的形成。
　　 自行設(shè)計和搭建實驗臺,綜合考察了叉流條件下液膜流量、液膜溫度、外掠空氣溫度、相對濕度、流動速度以及換熱器內(nèi)熱流體流動方式等因素對液膜傳熱傳質(zhì)性能的影響。結(jié)果表明:在液膜雷諾數(shù)增加的過程中,存在最佳雷諾數(shù),使得液膜的換熱熱阻最小,換熱系數(shù)最大；雷諾數(shù)較小時,熱量傳遞受溫度