冷卻塔逆用理論與水—水熱泵制熱運行優(yōu)化研究.pdf

1、空調用冷卻塔普遍用作散熱冷卻設備，但是，將其逆用吸熱作為熱泵制熱的低溫熱源，有著獨特的優(yōu)勢與應用前景。冷卻塔逆用(RUCT)吸熱工況下，塔內空氣與水進行著復雜的熱質交換過程，如何正確認識空氣與水之間的熱質交換過程是優(yōu)化運行與優(yōu)化設計的基礎。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、數值模擬以及實驗研究相結合的方法探討了冷卻塔逆用時空氣與水的熱質交換過程以及熱質耦合機理與特性。進行的主要工作如下:
　　 首先，

2、本文對既有的逆流冷卻塔逆用熱質交換模型進行了改進，摒棄了低溫工況下劉易斯數為1的假設而帶來的計算偏差，分別將溫差與含濕量差作為空氣與水的傳熱與傳質驅動力，建立了較為完善的逆流冷卻塔逆用的數學模型，為方便求解，進一步將模型最終以顯式差分格式表達，并將模型計算結果與實驗數據進行對比，結果表明，模型準確性較高。
　　 其次，本文對橫流冷卻塔逆用性能進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行了傳熱傳質性能實驗，在此

3、基礎之上采用多元回歸分析方法處理實驗數據，得出了傳熱傳質主要性能參數:吸熱效率、顯熱比、傳熱系數、傳質系數以及劉易斯數與塔進口空氣干球溫度、濕球溫度、進水溫度、淋水密度以及液氣比的函數關系式，并針對傳熱與傳質系數的影響因素進行了分析，為進一步理論研究與工程運用提供了依據。
　　 在此基礎上，本文建立了較為完善的橫流冷卻塔逆用熱質交換二維無量綱數學模型，考慮了冷凝而引起水質量流量變化，利用實驗數據回歸得到的傳熱系數與傳質系數，通過

4、離散數值求解的方法，得到了水與空氣各參數在塔內的二維分布規(guī)律，并采用實驗數據驗證數學模型，出水溫度計算值與實驗值的相關系數為0.9904，判定系數0.9809，均方差誤差為0.22℃，計算結果與實驗值吻合較好，且分析得到劉易斯數在0.7～1.6范圍內變化。在此基礎上，應用熱力學第一、第二定律對室外空氣參數及可調節(jié)參數對橫流冷卻塔逆用的性能進行了詳細分析。
　　 另外，考慮到塔內濕空氣與水熱質交換過程各個參數之間復雜的非線性關系，

5、本文針對橫流冷卻塔逆用進一步建立了基于遺傳算法優(yōu)化的BP神經網絡模型。本網絡模型采用6個輸入、13個隱含層節(jié)點與8個輸出的結構。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、劉易斯數共8個主要性能參數進行預測分析。并進一步將建立好的網絡模型用于不同進水溫度對塔出水溫度以及吸熱量的預測分析。結果表明，模擬結果和實際情況基本一致，即該基于遺傳算法優(yōu)化的BP網絡模型能較好地預測橫流冷卻塔逆用傳熱傳質性能。

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，確立了目標函數、約束條件與控制變量。以塔風量、水量、蒸發(fā)器進出口水溫、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，與實測工況進行了比較，系統(tǒng)最大綜合能效比EERs得到提高。本文進一步以實驗系統(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℃，