冷卻塔逆用理論與水—水熱泵制熱運行優(yōu)化研究.pdf

1、空調(diào)用冷卻塔普遍用作散熱冷卻設(shè)備，但是，將其逆用吸熱作為熱泵制熱的低溫?zé)嵩?，有著獨特的?yōu)勢與應(yīng)用前景。冷卻塔逆用(RUCT)吸熱工況下，塔內(nèi)空氣與水進(jìn)行著復(fù)雜的熱質(zhì)交換過程，如何正確認(rèn)識空氣與水之間的熱質(zhì)交換過程是優(yōu)化運行與優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)。迄今為止，針對該方面的研究并不充分。鑒于此，本文采用理論分析、數(shù)值模擬以及實驗研究相結(jié)合的方法探討了冷卻塔逆用時空氣與水的熱質(zhì)交換過程以及熱質(zhì)耦合機(jī)理與特性。進(jìn)行的主要工作如下:
　　 首先，

2、本文對既有的逆流冷卻塔逆用熱質(zhì)交換模型進(jìn)行了改進(jìn)，摒棄了低溫工況下劉易斯數(shù)為1的假設(shè)而帶來的計算偏差，分別將溫差與含濕量差作為空氣與水的傳熱與傳質(zhì)驅(qū)動力，建立了較為完善的逆流冷卻塔逆用的數(shù)學(xué)模型，為方便求解，進(jìn)一步將模型最終以顯式差分格式表達(dá)，并將模型計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果表明，模型準(zhǔn)確性較高。
　　 其次，本文對橫流冷卻塔逆用性能進(jìn)行了理論與實驗研究，對采用PVC薄膜式填料的橫流冷卻塔逆用進(jìn)行了傳熱傳質(zhì)性能實驗，在此

3、基礎(chǔ)之上采用多元回歸分析方法處理實驗數(shù)據(jù)，得出了傳熱傳質(zhì)主要性能參數(shù):吸熱效率、顯熱比、傳熱系數(shù)、傳質(zhì)系數(shù)以及劉易斯數(shù)與塔進(jìn)口空氣干球溫度、濕球溫度、進(jìn)水溫度、淋水密度以及液氣比的函數(shù)關(guān)系式，并針對傳熱與傳質(zhì)系數(shù)的影響因素進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步理論研究與工程運用提供了依據(jù)。
　　 在此基礎(chǔ)上，本文建立了較為完善的橫流冷卻塔逆用熱質(zhì)交換二維無量綱數(shù)學(xué)模型，考慮了冷凝而引起水質(zhì)量流量變化，利用實驗數(shù)據(jù)回歸得到的傳熱系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù)，通過

4、離散數(shù)值求解的方法，得到了水與空氣各參數(shù)在塔內(nèi)的二維分布規(guī)律，并采用實驗數(shù)據(jù)驗證數(shù)學(xué)模型，出水溫度計算值與實驗值的相關(guān)系數(shù)為0.9904，判定系數(shù)0.9809，均方差誤差為0.22℃，計算結(jié)果與實驗值吻合較好，且分析得到劉易斯數(shù)在0.7～1.6范圍內(nèi)變化。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用熱力學(xué)第一、第二定律對室外空氣參數(shù)及可調(diào)節(jié)參數(shù)對橫流冷卻塔逆用的性能進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　 另外，考慮到塔內(nèi)濕空氣與水熱質(zhì)交換過程各個參數(shù)之間復(fù)雜的非線性關(guān)系，

5、本文針對橫流冷卻塔逆用進(jìn)一步建立了基于遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。本網(wǎng)絡(luò)模型采用6個輸入、13個隱含層節(jié)點與8個輸出的結(jié)構(gòu)。針對出口空氣干球溫度、濕球溫度、出水溫度、吸熱量、顯熱比、吸熱效率、冷凝水比例、劉易斯數(shù)共8個主要性能參數(shù)進(jìn)行預(yù)測分析。并進(jìn)一步將建立好的網(wǎng)絡(luò)模型用于不同進(jìn)水溫度對塔出水溫度以及吸熱量的預(yù)測分析。結(jié)果表明，模擬結(jié)果和實際情況基本一致，即該基于遺傳算法優(yōu)化的BP網(wǎng)絡(luò)模型能較好地預(yù)測橫流冷卻塔逆用傳熱傳質(zhì)性能。

6、r>　　 最后，本文將橫流冷卻塔逆用模型與水-水熱泵、循環(huán)水泵模型耦合，建立系統(tǒng)制熱運行的優(yōu)化模型，確立了目標(biāo)函數(shù)、約束條件與控制變量。以塔風(fēng)量、水量、蒸發(fā)器進(jìn)出口水溫、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過冷度、吸氣過熱度為待優(yōu)化變量，運用量子遺傳算法對該多變量非線性模型進(jìn)行優(yōu)化計算。通過對優(yōu)化模型的仿真計算，與實測工況進(jìn)行了比較，系統(tǒng)最大綜合能效比EERs得到提高。本文進(jìn)一步以實驗系統(tǒng)為例，保證系統(tǒng)供熱量不變的前提下，針對室外空氣溫度5～13℃，