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對冷凝器傳熱傳質(zhì)模型和模擬研究

http://www.27577.cn 發(fā)布日期:[ 2013年6月19日 ]

20世紀80年代以來(lái),隨著(zhù)數值分析以及計算機的廣泛應用,數值傳熱學(xué)正在受到重視,諸多學(xué)者針對某些具體蒸發(fā)式冷卻過(guò)程及設備建立了數學(xué)模型,并與實(shí)驗研究進(jìn)行了有機的結合。

1 988年,Peterson D等人綜述了蒸發(fā)換熱設備的數學(xué)模型發(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)單直觀(guān)分析模型。

1993年,波蘭VVojeiech Zalewski給出了蒸發(fā)式冷凝器一種新的傳熱傳質(zhì)模型,由4個(gè)偏微分方程組成,根據此模型撰寫(xiě)了適用于光管蒸發(fā)式冷凝器的計算機程序,計算結果與試驗結果比較,其誤差平均在3%,其中誤差較大也不很過(guò)20%。

1 995年,張旭和陳沛霖進(jìn)行了直接蒸發(fā)冷卻過(guò)程的不可逆熱動(dòng)力學(xué)分析,建立了把實(shí) 際過(guò)程抽象成空氣縱掠濕平板發(fā)生傳熱傳質(zhì)過(guò)程的物理模型及過(guò)程熱動(dòng)力學(xué)特性的數學(xué)模型。它是一個(gè)由熵產(chǎn)率方程、能量方程和質(zhì)量方程構成的微分方程組,為提高熱質(zhì)交換設備 的熱力完善度提供了理論依據。

1997年,波蘭Wojeiech Zalewski等人建立了水一空氣逆流的蒸發(fā)式冷卻傳熱傳質(zhì)過(guò)程模型,并對換熱面結構進(jìn)行了幾何修正。模型與實(shí)驗結果吻合良好,且在引入新的傳質(zhì)系數關(guān)聯(lián)式后可得到更好的吻合。

1997年,蔣常建等人對橫流式蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行了熱力分析,基于逆流式的熱質(zhì)交換模型提出了一種準三維的計算方法,定義了傳遞單元數NTU和有效度,在建立數學(xué)模型 的基礎上,編寫(xiě)了計算程序。結果表明,在一定程度上真實(shí)地反映了工藝流體、噴淋水溫和 空氣焓值的分布。

1 998年,克羅地亞Boris Halasz以熱力學(xué)角度出發(fā),以能量、動(dòng)量及質(zhì)量平衡為基礎,通過(guò)對蒸發(fā)式冷凝器內傳熱傳質(zhì)及流動(dòng)阻力的分析,給出了當今所有類(lèi)型的蒸發(fā)式冷卻裝置通用的數學(xué)模型,它包括了冷卻塔、蒸發(fā)式冷凝器、蒸發(fā)式流體冷卻器及空氣凈化除濕等 裝置。

1999年,英國G.Gan,S.B.Riffat首次利用CFD技術(shù)進(jìn)行了閉式冷卻塔氣液兩相流的數值模擬,氣流相采用歐拉方法,液滴相采用拉格朗日方法,并進(jìn)行兩相耦合。結果表明,CFD模擬可以很好地模擬閉式冷卻塔的熱力性能,對優(yōu)化設計和操作有很大作用。

2002年,白俄羅斯Brin等人建立了強制通風(fēng)的蒸發(fā)傳熱傳質(zhì)過(guò)程模型。在模型中考察了水膜、水滴及空氣流的速度、溫度及濕度對熱效率的影響,并對水一空氣界面的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了初步探討。

2002年,新加坡M.N.A.Hawlader和B.M.Liu建立了控制自然通風(fēng)蒸發(fā)冷卻塔內流動(dòng)、質(zhì)量、能量方程的數學(xué)和物理模型,考察了氣流中液滴的非球型效應和傳熱傳質(zhì)過(guò)程。數值模擬的出口水溫與測試值僅相差0.26度。模擬結果也表明,主要的熱量傳遞發(fā)生在填料區,但填料區熱量83%靠蒸發(fā)潛熱,而液滴區90%的熱量靠蒸發(fā)潛熱。

2004年,法國Pascal Stabat和Dominique Marchio提出了閉式冷卻塔(蒸發(fā)式冷卻器) 的簡(jiǎn)化模型。該模型基于Merkel理論,用有效單元數法描述,僅引入空氣側和水側傳熱系 數作為模型參數。結果表明,可以用來(lái)評測不同操作參數,如濕球溫度及空氣流量下設備的能量和水耗情況。

2004年,比利時(shí)J Lebrun等人,基于Me:ikel理論提出了直接式、間接式冷卻塔和蒸發(fā)式冷凝器傳熱傳質(zhì)過(guò)程的簡(jiǎn)化模型,表明對于蒸發(fā)式換熱設備可以應用統一的理論分析。并討論了水流和空氣流影響下總傳熱系數和流體熱阻的計算。

2004年,華南理工大學(xué)對板片式蒸發(fā)式冷凝器的傳熱特性進(jìn)行了CFD數值模擬,主要利用Fluent軟件對板片壁面水膜蒸發(fā)過(guò)程、板問(wèn)水膜和空氣流動(dòng)特性及組分比例進(jìn)行了模擬研究。

2005年,西班牙Kaise建立了一個(gè)冷卻塔的數值模型,分析了對自然及強制通風(fēng)冷卻塔的基本方程及邊界條件,探討了數值模擬在蒸發(fā)式冷卻過(guò)程的可行性。

2005年,武漢理工大學(xué)進(jìn)行了“節水型蒸發(fā)式空冷器有關(guān)參數的優(yōu)化研究”,編寫(xiě)了設計計算程序。

2005年,唐偉杰和張旭在分析大型工業(yè)用蒸發(fā)式冷卻器穩態(tài)換熱模型的基礎上,針對管內工作介質(zhì)無(wú)相變的過(guò)程,利用四階龍格一庫塔法編制了穩態(tài)仿真程序,進(jìn)行設計計算以及設備內部流體溫度或焓值分布的模擬計算,并分析了配風(fēng)量和配水量對換熱面積的影響。較后利用該仿真程序提出了全年運行的蒸發(fā)式冷卻器配風(fēng)量的調節方案,達到了節約設備能 耗的目的。

2006年,沙特Bilal A.Qureshi等人綜述并研究了蒸發(fā)式冷凝器數學(xué)模型,并將污垢模型綜合在內進(jìn)行了性能評估。

2006年,湖南大學(xué)Chengqin Ren和香港大學(xué)Hongxing Yang研究了順流/逆流間接蒸發(fā)冷卻傳熱傳質(zhì)耦合過(guò)程的分析模型。利用一維偏微分方程,在不限制路易斯數Le和潤濕率為固定值的前提下,考察了水膜蒸發(fā)效應及沿管壁參數變化,較終值分析結果與數值積分值達到了很好的符合。

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