| 蒸发冷却空调技术是一种节能环保的空调技术，间接蒸发冷却是目前蒸发冷却空调技术实现等湿冷却的唯一方式。为了改善目前间接蒸发冷却器的亲水性，提高冷却器的湿球效率，并实现间歇式布水，降低循环水泵能耗。本文采用吸水性较好的新型多孔陶瓷材料制作管式间接蒸发冷却器，利用其丰富的比表面积来增大水膜与工作空气的接触面积；利用其较好的吸水性快速蓄水，实现间接蒸发冷却器的间歇性淋水，缩短循环水泵运行时间。从而使间接蒸发冷却的冷却效率提高和能耗降低，扩大蒸发冷却空调技术在实际工程中的应用范围。主要研究内容如下： （1）进行了多孔材料的吸水性实验和传热传质理论研究。选择了6种吸水性较好的材料进行了吸水性实验，Coopass面料具有最好的芯吸能力，但韧性差不能单独制作冷却器。多孔陶瓷芯吸能力次之，但具有最好的滴水扩散性，以及较好韧性可单独制作冷却器。制作成的多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器在工作状态下可以有两种情况：一种连续性布水，在陶瓷管壁储满水后可继续喷淋水进行蒸发冷却，此种工况多孔陶瓷材料可作为湿饱和多孔介质；二是间歇性喷淋水布水，此种工况属于含湿非饱和多孔介质。为了节约水泵能耗，采用的是间歇性淋水方式，此种工况多孔陶瓷属于含湿非饱和多孔介质。课题研究的是后者工况，其传热传质过程包含4种过程，分别为湿分传输、能量传输、空气传输和水蒸气传输。利用“多场-相变-扩散模型”分析了多孔材料的传热传质机制，并建立其传热传质数学模型。 （2）建立了多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器传热传质数学模型，数值模拟了冷却器湿通道工作空气的温度场、速度场和湿度场。利用数值计算分析了多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器的结构参数（例如管长、管间距、管壁厚度等）和运行参数（工作空气/产出空气风量比、入口空气干湿球温度差等）对其温降和冷却效率性能的影响。简化了多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器数学模型，推导出多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器产出空气出口温度和湿球效率与管内对流传热系数、管壁导热系数、管外对流系数和蒸发量有关的关系式。所建立的关系式可用于估算多孔陶瓷管式间接蒸发冷却在具体工况下下的出风温度和效率。 （3）搭建实验台，并进行了实验研究，并结合数值计算分析，确定了冷却器的最佳运行参数和结构参数。确定了多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器最佳工作空气/产出空气的流量比为0.9，确定了纵向（S3）和横向（S2）管间距最佳间距为40mm。确定了冷却器效率最高的最佳多孔陶瓷管管长，通过数值计算分析得出管长度越长，冷却器产出空气出口干球温度越低；但是在管长小于1.5m时，管长对出口温度影响明显，出口干球温度变化率较大，冷却器效率变化较大，大于1.5m之后管长影响不明显，出口干球温度变化率较小，效率基本不再变化。所以单纯从冷却器效率角度，建议多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器每根管长为1.5m。 （4）通过实验研究确定了间歇式淋水方式水泵起停时间。实验研究了喷淋水流量(从250 L/h逐渐降低为0 L/h)对多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器湿球效率和温降的影响，结果表明：随着喷水流量的降低，湿球效率提高。当陶瓷管壁完全湿润后喷淋水流量为0时，在一定时间内冷却效率最高。说明多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器采用间歇式淋水方式最合适。实验证明：在样机大小情况下，淋水流量为150 L/h，泵间歇运行10分钟，陶瓷管壁可完全侵透，水泵停止间隔100分钟期间，冷却器的湿球效率最高，而且波动不大。 （5）对设计好的多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器在实际气候环境下进行了稳定性运行测试并与其他类型间接蒸发冷却器进行了对比。在西安市气候条件下对样机在最佳运行参数下进行了实际运行，样机工作稳定，入口空气干球温度在36.5℃,湿球温度的19 ℃，测得湿球效率从60.3%～62.2%波动，波动幅度较小。与其他间接蒸发冷却器对比得知，在数值模拟条件下，管长为1.5米的多孔陶瓷管式间接蒸发冷却器湿球效率最高为79.2%，能效比为17，节能优势明显。 |
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