由于蒸發(fā)冷卻冷凝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)明顯,蒸發(fā)冷卻設備早在20世紀70年代就得到了廣泛的應用,前期的研究也主要集中于設備尺度的研究,并從熱力學(xué)、節能和節水角度論證了蒸發(fā) 式冷卻技術(shù)相對于其他冷卻技術(shù)的優(yōu)勢,但研究中偏重于設計(包括傳熱膜系數計算)、優(yōu)化、控制、傳熱傳質(zhì)過(guò)程強化及應用等方面的問(wèn)題。
1952年,S.G.Chuklin提出了蒸發(fā)式冷凝器管內制冷劑冷凝設計的普遍化方法。
1962年,Parker和Treyball發(fā)現,1960以前模型假定噴淋水溫恒定是矛盾的,并利用 傳熱系數U和傳質(zhì)系數K作為評價(jià)參數,假設劉易斯( Lewis)關(guān)系式成立的情況下,提出 了蒸發(fā)式冷卻器新的數學(xué)模型。再通過(guò)對管內外流體5種不同的組合實(shí)驗,得到了傳熱膜系 數的關(guān)聯(lián)式。他們發(fā)現,用傳熱傳質(zhì)類(lèi)比法得出的傳質(zhì)系數與實(shí)際值有一定偏差。Parker和 Tl-eyball的工作為今后蒸發(fā)傳熱傳質(zhì)理論和實(shí)驗研究奠定了基礎。
1967年,Mizushima等人通過(guò)變化風(fēng)量和水量對蒸發(fā)式冷卻器進(jìn)行實(shí)驗研究,分析了銅 管換熱管及其內外3種流體間的分傳熱膜系數,利用水膜和空氣Re數關(guān)聯(lián)出了經(jīng)驗計算公 式,并與現有公式進(jìn)行了比較,即管外水膜傳熱系數公式比Parker和Treyball的結果 高30%。
1 973年,日本的尾花英郎在水科篤郎等人提出傳熱膜系數經(jīng)驗公式的基礎上,比較系 統地介紹了蒸發(fā)式冷卻器的設計方法,并作出了以氨為工質(zhì),冷卻溫度在60~lOO度范圍內的傳熱效率對傳熱單元數的一系列圖表。
1975年,S.G.Chuklin對具有潤濕薄膜換熱表面的平板型蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)行了實(shí)驗研 究,指出盤(pán)管型蒸發(fā)式冷凝器的缺點(diǎn)是管間風(fēng)速很難很過(guò)3.5 m/s;闡述了水膜溫度與濕球溫度之差是傳熱傳質(zhì)的推動(dòng)力,并據此給出了簡(jiǎn)化的傳熱膜系數公式;對空氣速度、濕球溫度及水膜溫度進(jìn)行考察后,得出其冷凝溫度與水膜溫差一般在3—4℃,且水膜溫度提高2度 則表面熱流密度需增加25%;濕球溫度為22℃時(shí),平板型蒸發(fā)式冷凝器表面熱流密度達 2.8 kW/m2。
1 979年,Leidnfrost等人在假定劉易斯數(Le)等于1的情況下,給出了板翅式和盤(pán)管式蒸發(fā)式冷凝器性能評估的分步計算方法。
1 983年,Urivel Fisher、Wolfgang Leidenfrost和JiashangLi對蒸發(fā)式冷凝器與涼水塔混合系統的實(shí)驗表明,此系統能顯著(zhù)降低冷凝溫度,并節約換熱面積。此外,還共同開(kāi)發(fā)了一套用于設計水平或豎直放置的光管、翅片管蒸發(fā)式冷凝器與涼水塔混合系統的計算機程序,應用效果良好。
1984年,Perez-Blanco和W.A.Bird對豎直光滑管蒸發(fā)式冷卻器(管外為無(wú)相變熱流體,管內為噴淋水膜和氣流間蒸發(fā)作了傳熱傳質(zhì)實(shí)驗研究。指出蒸發(fā)式換熱設備的兩個(gè)特點(diǎn)是:①傳質(zhì)帶動(dòng)傳熱;②理論上可將介質(zhì)冷卻至濕球溫度。利用汽液界面處的傳熱傳質(zhì)關(guān)聯(lián) 方程法建立了傳熱傳質(zhì)過(guò)程的模型,并進(jìn)行了單管模型的實(shí)驗驗證。結果表明,控制熱阻在空氣一水交換界面的發(fā)生,是強化傳熱機理研究的著(zhù)手點(diǎn)。他們還建立了適用于光滑豎直管 蒸發(fā)式冷凝器性能汁算的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式,該豎直管表面熱流密度在2.2~4. 2kW/m2之間。 1985年,RaJphL Webb和AleiandroVillacres在A(yíng)SHRAE的資助下得出了蒸發(fā)式換熱器 (涼水塔、流體冷卻器及冷凝器)性能模擬的計算機算法,此算法可應用于工業(yè)設備及各種操作工況下的性能核算,且其計算結果與制造廠(chǎng)家BAC(美國巴爾第摩)提供的數據相差僅在±3%以?xún)取?/p>
1988年,Erens P J對幾種蒸發(fā)式冷卻器芯體的設計方案作了探討和模擬計算,發(fā)現在蒸發(fā)式冷卻器殼體內芯體添加塑料填料( Munter)后可顯著(zhù)增強光滑管冷卻器的傳熱性能, 而毋須使用成本很高的翅片管來(lái)增加傳熱面積。
1988年,Peterson D等人綜述了蒸發(fā)換熱設備數學(xué)模型的發(fā)展過(guò)程,指出了各個(gè)文獻間的矛盾和不統一性,在修正Park和Treybal分析方法的基礎上,建立了蒸發(fā)式冷凝器的簡(jiǎn)單 一隨觀(guān)分析模型,并利用制冷劑R22在工廠(chǎng)蒸發(fā)式冷凝制冷系統中進(jìn)行了實(shí)驗研究。實(shí)驗結果表明,熱負荷比預測值低30%,噴淋水溫低3℃,若總傳熱系數U乘以1.9的系數則可達 到較好的預測效果。同時(shí)還發(fā)現,傳熱傳質(zhì)系數與噴淋水關(guān)系不大,只是在較低流量即尚未 達到完全潤濕的情況下才有影響。
1 989年,上海交通大學(xué)進(jìn)行了氨蒸發(fā)式冷凝器熱工性能實(shí)驗。結果表明,冷凝溫度和空氣濕球溫度對單位面積熱負荷影響較大,其次為迎面風(fēng)速,噴淋水量影響較小。得出了不 同工況下冷凝能力換算曲線(xiàn),且可應用于實(shí)際工程計算。在標準工況下,其單位面積熱負荷為1.6kW/m2,與當時(shí)日本和前蘇聯(lián)產(chǎn)品相當。
1989年,蘭州石油機械研究所介紹了蒸發(fā)式冷卻器的基本原理及結構特點(diǎn),指出蒸發(fā)式冷卻器分為上下兩段,上部以傳熱為主,下部以傳質(zhì)為主,下部可采用填料增加傳質(zhì)面積,強化傳熱傳質(zhì)。分析了使用中結垢的原因,介紹了蒸發(fā)式冷卻器的一維單元設計方法, 指出應以電子計算機設計為主。
1 990年,哈爾濱空氣調節機廠(chǎng)與廣東茂名石化公司合作開(kāi)發(fā)研制了帶有翅片預冷器的 ZL - 250蒸發(fā)式冷卻冷凝器,并在我國首次應用于煉油行業(yè),總結了其節能、節水及經(jīng)濟性 優(yōu)點(diǎn)。
1990年,北方交通大學(xué)給出了蒸發(fā)式冷凝器的計算機輔助設計計算方法,其誤差可控 制在1%以?xún)?。得出了適宜的風(fēng)速為3.O~3. 5m/s,以及合理的配風(fēng)量和配水量。
1990年,上海交通大學(xué)把蒸發(fā)式冷凝器中的冷凝溫度與水膜平均溫度之差轉化為焓差, 導出了不含水膜溫度的單位面積負荷的簡(jiǎn)化計算公式,與試湊法和圖解法相比大大簡(jiǎn)化了計算過(guò)程,且與其實(shí)驗結果相當接近。
1991年,胡元剛介紹了蒸發(fā)式排管冷卻器的結構特點(diǎn),分析了橫流式蒸發(fā)式冷卻器的設計計算方法,對比了使用效果和投資優(yōu)勢。
1 997年,重慶大學(xué)劉憲英教授等人對蒸發(fā)式冷凝器在房間空調器中的應用進(jìn)行了實(shí)驗研究,結果表明,采用蒸發(fā)式冷凝器可使房間空調器的能效比( EER)提高50%-70%。
1997年,Faishl I等人對兩步式蒸發(fā)冷卻器的性能做了實(shí)驗研究。結果表明,帶有涼水塔的兩步式蒸發(fā)冷卻器要比沒(méi)有涼水塔的系統具有更高的換熱效率,也優(yōu)于一步、直接接觸 式蒸發(fā)冷卻器。
1998年,Wittek指出了蒸發(fā)冷卻的非線(xiàn)性特性,著(zhù)重研究了冷卻設備結構對蒸發(fā)冷卻的影響,并指出了結構強化傳熱傳質(zhì)的方向。
1 999年,蔣常建等人對光滑銅管管束和翅片銅管管束橫流式蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行了傳熱傳 質(zhì)實(shí)驗,根據焓差法的Makerl方程得出容積散質(zhì)系數(傳質(zhì)系數)。結果表明,空氣流速對 傳質(zhì)系數影響遠大于噴淋水量,且低翅片管束可增加傳質(zhì)系數20%—30%。
2000年,波蘭Wojciech Zalewski等人建立了蒸發(fā)式換熱器的重量、部件尺寸幾何參數 和設備費用模型以及風(fēng)機和水泵操作參數和費用的模型,并據此進(jìn)行了優(yōu)化設計及實(shí)驗驗 證,以較小的費用達到較佳的冷卻冷凝效果。結果表明,換熱管長(cháng)度和盤(pán)管高度對性能影響 較大,是管外徑的1.3倍,管間距的20~33倍;管內熱流體和空氣濕球溫度差影響較大, 是風(fēng)速的7倍,是噴淋水密度的30倍。
2000年,葡萄牙Jorge Facao等研究了建筑空調用閉式冷卻塔的熱力性能,得到了傳熱 ‘ 傳質(zhì)實(shí)驗關(guān)聯(lián)式,并與Mizushima的結果進(jìn)行了比較。發(fā)現將新的關(guān)聯(lián)式應用于現有模型 后可得出比較滿(mǎn)意的結果。
2001年,美國Hwang等人對轉盤(pán)蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)行了實(shí)驗研究。實(shí)驗嚴格按照 ASHARE的測試條件進(jìn)行,使用的制冷劑是氟利昂R22,通過(guò)實(shí)驗優(yōu)化了轉盤(pán)速度和系統的 操作參數。另外,還對9kW的家用空調使用此蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)行了計算機模擬。轉盤(pán)型蒸 發(fā)式冷凝器同傳統的風(fēng)冷式冷凝器相比較,冷凝負荷提高了1. 8%~8.1%,COP值提高了 11. 1%~21. 6%,SEER值提高了14. 5%。
2001年,美國K.A.Manske等人對蒸發(fā)式冷凝器在工業(yè)制冷系統中需要不同蒸發(fā)溫度 的使用場(chǎng)合進(jìn)行了研究,對系統中的各部件建立了模型。仿真計算結果表明,進(jìn)行優(yōu)化設計 和控制的蒸發(fā)式冷凝器制冷系統每年可節約能耗11%以上。他們在總結了蒸發(fā)式冷卻技術(shù) 工業(yè)應用成果的基礎上,指出其濕球溫度、冷凝溫度、風(fēng)機及水泵動(dòng)力控制是影響蒸發(fā)式冷 卻效果的較關(guān)鍵因素。
2001年,Hisham M.Ettouney等人對蒸發(fā)式冷凝器(采用兩組翅片管+填料的結構形 式)的性能進(jìn)行了實(shí)驗研究,且與風(fēng)冷式冷凝器進(jìn)行了比較。結果表明,蒸發(fā)式冷凝器系 統的效率介于97%-99%之間,而風(fēng)冷式冷凝器系統的效率介于88%~92%之間。系統效 率隨水一空氣比例L/G的減小及管內蒸汽溫度的升高而提高。
2002年,華南理工大學(xué)教授朱冬生教授等人進(jìn)行了用交變曲面波紋管代替光管和橢圓 管的試驗。初步實(shí)驗表明,它能有效增加水膜在管表面的覆蓋面積,加速水膜更新速率,能 有效強化蒸發(fā)式冷卻的傳熱傳質(zhì)過(guò)程。
2003年,芬蘭Ala Hasan和Kai Siren對φ10mm光管和板翅銅管蒸發(fā)式冷卻換熱器的性能 在相同操作條件下進(jìn)行了實(shí)驗研究和比較。結果表明,傳熱系數Uo分別為1100W.m -2.k-1 428W.m-2.K-1,但由于翅片管總傳熱面積為光滑管的4倍,一定的管束容積和相近的能 量指數(表征熱一動(dòng)力特性)下,翅片管傳遞熱量比光管高92%一140%通過(guò)實(shí)驗還分別 得到了傳質(zhì)系數關(guān)聯(lián)式,并與Parker Treybal,Mizushina,Miitsu等人的關(guān)聯(lián)結果進(jìn)行了 比較。
2003年,上海交通大學(xué)對戶(hù)式空調蒸發(fā)式冷凝器各種影響因素進(jìn)行了實(shí)驗研究和熱質(zhì) 交換規律分析。結果表明,對于φlOmm的盤(pán)管裝置,較小噴淋密度為0.0484kg.m-2S-1, 較小截面風(fēng)速的較佳值為2.6~2. 9m/s。濕球溫度通過(guò)影響進(jìn)口空氣焓值對熱質(zhì)交換產(chǎn)生 作用。
2003年,王鐵軍等人建立了經(jīng)濟技術(shù)模型,并對制冷裝置的冷凝器選型作了運行期經(jīng) 濟效益分析計算。結果表明,采用蒸發(fā)式冷凝器輔助功耗比水冷式和風(fēng)冷式節約1/3,循環(huán) 水量比水冷式減少1/2,壓縮機功耗減少5% ~30%,可大幅節約運行費,間接產(chǎn)生較大的投資回報。
2004年,芬蘭Ala Hasan和Kai Siren對橢圓光管和圓管蒸發(fā)式冷卻器在相同操作條件下 進(jìn)行了性能比較的實(shí)驗研究,表明橢圓管的平均傳質(zhì)Corbum因子Jm是圓管的84%,平均摩 擦因子f是圓管的46%,而橢圓管的傳質(zhì)因子與摩擦因子的比率jm/f是圓管的1.93~1.96 倍,這意味著(zhù)橢圓管有更好的熱力和水動(dòng)力特性。
2004年,土耳其M.Hosoz和A.Kilicarslan對風(fēng)冷、水冷和蒸發(fā)冷的制冷系統性能進(jìn)行 了實(shí)驗評估比較。結果表明,使用蒸發(fā)式冷凝器的系統制冷能力和COP值比風(fēng)冷式的分別 提高31%和14.3%。
2005年,華南理工大學(xué)對咖16mm銅盤(pán)管蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)行了傳熱傳質(zhì)理論分析和實(shí)驗 研究,實(shí)驗分析了傳熱傳質(zhì)的各種影響因素,并得到了實(shí)驗關(guān)聯(lián)式。
2005年,沙特Bilal A.Qureshi等建立了蒸發(fā)式冷凝器污垢模型,結果表明,循環(huán)水溫 度比進(jìn)口空氣濕球溫度更能體現蒸發(fā)式冷凝器的性能,污垢對傳熱性能的影響較高可達 75 %,且結垢也因濕球溫度降低而使性能提高程度降低。
2005年,周景鋒等人對應用于海水淡化系統的蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)行了實(shí)驗研究。試驗表 明,它是一種高效、節能并適合家庭使用的小型海水淡化裝置。
2005年,劉彥軍對浸沒(méi)管束蒸發(fā)冷卻過(guò)程的換熱和阻力特性進(jìn)行了實(shí)驗研究,主要考 察了不同空塔速度、熱流密度和管束排布方式對換熱系數和空氣阻力的影響。
2006年,沙特Bilal A.Qureshi等人綜合并研究了蒸發(fā)式冷凝器數學(xué)模型,并將污垢模 型綜合在內進(jìn)行性能評估。結果表明,污垢水平p=0. Ol時(shí),設備換熱性能下降66.7%。 之后還對蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)行了敏感性分析,表明冷凝溫度是較敏感的因素。
2006年,華南理工大學(xué)對蒸發(fā)式冷凝器管外流體流動(dòng)與傳熱傳質(zhì)性能和機理進(jìn)行了研 究,豐富了蒸發(fā)式冷凝器研究的理論體系。
2006年,華南理工大學(xué)朱冬生教授等人對蒸發(fā)式冷凝器強化性能進(jìn)行了研究,建立了 試驗平臺,測試了風(fēng)速和噴淋密度的影響。此外,還進(jìn)行了利用填料強化傳熱傳質(zhì)性能的 試驗。 2006年,王鐵軍對噴淋蒸發(fā)翅管式冷凝器進(jìn)行了傳熱傳質(zhì)分析,建立了傳熱傳質(zhì)數學(xué) 模型和設計計算方法,簡(jiǎn)要分析了環(huán)境溫濕度、管翅結構、風(fēng)速及淋水量等一些主要因素對 傳熱傳質(zhì)性能的影響。 2007年,沙特Bilal A.Qureshi等人研究了蒸發(fā)換熱設備的蒸發(fā)損失,依據生產(chǎn)商BAC 推薦的經(jīng)驗公式,得出預測值與模擬結果比較一致,較大誤差在4%,大部分情況下低于 2%。同時(shí),基于熱力學(xué)第二定律,分析了蒸發(fā)換熱設備的熱動(dòng)力特性。