【2017年整理】传热传质过程报告
直接蒸发冷却空调机传质过程报告
摘要:直接蒸发冷却是冷却过程中最基本的流程。从热力学角度，它是一个同时存在流动，传热和相变传质等多个传递过程耦合并相互影响的复杂的不可逆的热力过程。因其节能环保的优点，在干燥和半干燥地区的推广使用越来越受到重视。
关键词:直接冷却空调机 应用 传质系数
工作机理:
直接蒸发冷却空调机是一种新颖的空调设备，直接蒸发冷却是指未饱和空气与循环水直接接触，从周围吸收汽化潜热而对空气进行冷却因具有节能，环保，送风品质高等优点，在干燥和半干燥地区的推广使用越来越受到重视其工作机理如图
设备下部有集水箱，循环水经过水泵及流量调节阀送至填料顶部，将水均匀琳在填料层上，然后淋水依靠重力向下流，润湿整个填料表面，空气通过淋水填料层时，与填料层水膜进行热湿交换，空气传递显热给水，干球温度降低，而水分蒸发水蒸气进入空气中，空气的含湿量增加，潜热增加，冷却后的空气用于空调。可以看出，直接蒸发冷却空调机是利用水蒸发吸热来冷却空气，冷却后的空气送入空调房间，而水只在空调内部循环使用。
为扩大水的接触面积，在冷却塔和空调机内部均装有吸湿性较好的填料，其综合性直接影响到设备的冷却性能。
应用:
蒸发冷却过程是以水作为制冷剂的。同通常的机械制冷的原理一样，由于制冷剂的蒸发而提供冷量。但是对蒸发冷却来说，是利用水的蒸发取得冷量。但是它不必将蒸发后的水蒸气再行压缩、冷凝回到液态水后再进行蒸发。一般可以直接补充水分来维持蒸发过程的进行。因此与机械制冷相比，蒸发冷却法制冷不需要消耗压缩功，这使得它的COP值有时比机械制冷要大得多，从而取得节能的结果。一般，蒸发冷却技术可有以下的应用方式: (1) 在干燥地区替代常规的机械制冷方式。 (2) 用间接蒸发冷却来预冷新风，以减少机械制冷的容量。这样做有时会带来节能效果。 (3) 对风冷的传热设备(如风冷冷凝器)可用直接蒸发冷却来降低空气温度，以扩大传热温差，提高传热量，而空气湿度的提高对传热设备的工作则无甚影响。 (4) 除湿冷却在非干燥地区不能用蒸发冷却来替代机械制冷的主要原因有: (a) 室外空气的湿球温度太高，由蒸发冷却获得的空气温度不足以满足送风要求; (b) 蒸发冷却自身没有除湿能力，无法降低室外空气的含湿量以满足送风要求; 如果将室外空气(或室外空气与室内空气的混合空气)用除湿剂经吸收或吸附处理成含湿量低的空气，接下来就同干燥地区一样，也可以用蒸发冷却来实现舒适性空调。这样的技术就是除湿冷却。目前在我国西部地区多采用集中式蒸发冷却系统, 其优点是使用时间长，便于维护，整个系统在需进行空气调节的场所仅有风道敷设而没有水路布置，故其设计简单成本低，因不需在吊顶中设置水管从而彻底消除了凝结水渗漏的问题。另外，该系统多采用全新风，大大改善室内空气品质，同时，在过渡季节采用全新风可节约能耗。
直接蒸发冷却空调机用填料的性能要求及种类
填料 应满足下列要求:具有较高的冷却能力，即水与空气接触表面积较大，接触时间较长;通风阻力小;材料易的;价廉，施工、维修方便，质轻。评价填料质量的主要性能指标有:比表面积，空隙率、密度、强度、湿挺度(吸湿后的结构刚度)、吸湿性、散水性、阻燃性、耐腐蚀性和使用寿命等。直接蒸发冷却填料的分类方法很多。按填料的弹性特性又可分为硬性、半软性、软性等。按填料的装配情况又可分为整装和散堆等。按填料中水被淋洒成的冷却表面形式，可分为点滴式、薄膜式、点滴薄膜式三种类型。其中，点滴式淋水填料主要以水滴散热为主，约占总散热量的65%,70%;薄膜式淋水填料以表面水膜散热为主，约占总散热量的70%。直接蒸发冷却填料按材质又可分为有机材质和无机材质两种，其中有机材质主要有天然植物纤维(俗称木丝)和纸基填料(纸帘)，无机材质主要有玻璃纤维、金属填料(铝帘和钢帘)及泡沫陶瓷填料。 木丝和玻璃纤维均为三维通孔结构，属于半软性和散堆型填料，比表面积大，但是孔径小、过流阻力大、湿挺度均低，而且木丝的耐腐蚀性和玻璃纤维的吸湿性也差。 纸基填料和金属填料都是由波纹状的纸板或金属板以十字斜交叉形式组装而成，均为二维通孔结构，属于硬性、整装(波纹板)型、薄膜式淋水填料。 当前实际应用的填料主要是波纹板型的纸帘和铝帘。其主要特点是:在结构上都设计了特殊的波纹角度，可以控制水与空气交叉流动的方向，从而可以提供水流与空气之间较大的接触面积以及较小的流动阻力。纸帘的吸湿性好，但是湿挺度低。铝帘的防腐性和湿挺度高，但是吸湿性很低，生产成本高。 目前在工程中应用最广的填料是纸帘，因其生产成本低。但是综合考虑填料的热工性能、防腐耐久性、防火性、除尘性及
经济性等，无机填料最好[1]。泡沫陶瓷填料是一种新型整装填料。它由许多具有相同几何形状的填料单元体组成，具有三维连通网络结构。由于陶瓷独特的结构，具有良好的亲水和保水性能，其表面可形成极薄的液膜。液膜的湍动及气流的倾斜曲折通道，能促进气流与液膜的充分接触，使泡沫陶瓷填料能与波纹板型填料相媲美，而其耐腐蚀、耐高温性能却比波纹板型填填料高得多。 3 填料的传热传质性能研究进展
直接蒸发冷却填料的研究始于二十世纪6年代初。前苏联的果果林注意到淋水填料的优点，作了大量基础性实验，对填料层内的热质交换规律、蒸发冷却效率及其影响因素进行了研究，所用的填主要是细松木刨花、亚麻绳、瓷环等自由填充材料及浸有环氧树脂的正弦纸束、蜂窝纸质填料和微孔塑料板。美国的Watt J.R.于1963年出版了《蒸发空调》(Evaporative Air Conditioning)这种空调系统的设备和应用作了详细介绍。从热力学的角度看，在填料表面进行的传热传质过程是流动、传热、传质同时发生，并相互耦合、交叉影响的复杂的不可逆热力过程。影响其传热传质性能的因素很多。除填料本身的几何尺寸、结构特征以外，经过填料后的出口空气状态如干、湿球温度，淋水的出水温度以及填料两侧空气的压力降ΔP还主要受到空气质量流速，进口空气干、湿球温度，以及淋水进水温度，淋水质量流速的影响。填料内的水流动分布是影响空气处理设备的传质传热性能的重要因素。如果水分布不均匀，将导致填料内部局域区域的汽液比和宏观整体的液比有显著差别，使传热传质效率大大降低。造成填料内水分布不均的因素是多方面的。除了布水器、填料安装和气液负荷因素外，填料本身的固有性质如填料结构参数、润湿性能和成膜性对水的分布也具有较大的影响。波纹填料(纸帘和铝帘)的最大的优点之一就是具有水自分布性能，能得到较为均匀的水分布。实践与理论研究均表明:波纹填料的水分布均匀性优于各种散堆填料，具有压降低、传质传热效率高、空气通量大、滞水量小等优点。 填料传热传质性能的研究方法一直以来是许多学者关注的问题。在实验的基础上，不少学者也尝试对填料表面发生的传热传质过程从理论上进行分析[2,3]。
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