瞬態(tài)模擬軟件在《熱質(zhì)交換設(shè)備》教學(xué)中的應(yīng)用分析

楊胤保

摘 要：以《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》課程教學(xué)中的復(fù)合式熱質(zhì)交換設(shè)備為研究對(duì)象，為加深學(xué)生對(duì)該內(nèi)容的理解，應(yīng)用瞬態(tài)系統(tǒng)模擬計(jì)算軟件建立系統(tǒng)模型，對(duì)蘇州地區(qū)的一級(jí)直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)、二級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)和三級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行供冷工況下的模擬計(jì)算。得出了相應(yīng)的空氣處理后的溫度、相對(duì)濕度，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，研究對(duì)實(shí)際的空調(diào)工程、通風(fēng)工程的系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)、方案比較均具有參考意義，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)掌握《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》課程教學(xué)中的相關(guān)內(nèi)容起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：蒸發(fā)冷卻;空調(diào)系統(tǒng);蘇州;TRNSYS

中圖分類(lèi)號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.36.078

0 引言

《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》課程教學(xué)中的第8章復(fù)合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算中，有大量涉及蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，包括一級(jí)直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)、二級(jí)（間接+直接）蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)和三級(jí)（間接+間接+直接）蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)等。該內(nèi)容涉及的系統(tǒng)較新穎，不使用CFCs，直接補(bǔ)充水分來(lái)維持蒸發(fā)過(guò)程的進(jìn)行，對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用，可直接采用全新風(fēng)，提供良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)，具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，目前國(guó)外對(duì)蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，我們有必要對(duì)蒸發(fā)冷卻等新技術(shù)進(jìn)行研究，以達(dá)到既滿(mǎn)足用戶(hù)的舒適性或工藝性要求又達(dá)到節(jié)能的目的。在教學(xué)上，為加深學(xué)生對(duì)該內(nèi)容的理解，可以應(yīng)用瞬態(tài)系統(tǒng)模擬計(jì)算軟件TRNSYS建立系統(tǒng)模型，進(jìn)行一級(jí)直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)、二級(jí)（間接+直接）蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)和三級(jí)（間接+間接+直接）蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)等計(jì)算分析。

1 三種蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理過(guò)程分析

蒸發(fā)冷卻的特點(diǎn)是蒸發(fā)冷卻填料中空氣與水之間傳熱傳質(zhì)過(guò)程同時(shí)發(fā)生，過(guò)程復(fù)雜，其過(guò)程是流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)同時(shí)發(fā)生，相互耦合，交叉影響的復(fù)雜熱力過(guò)程。

如圖1所示，一級(jí)直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)（DEC）是通過(guò)空氣與淋水填料層直接接觸，直接進(jìn)行熱質(zhì)交換，過(guò)程為空氣的絕熱降溫加濕。

如圖2所示，二級(jí)（間接+直接）蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，間接蒸發(fā)冷卻的主要特點(diǎn)是降低了溫度并保持了一次氣流的濕度不變，其理論最低溫度可降至蒸發(fā)側(cè)二次空氣流的濕球溫度。日前，該系統(tǒng)在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣。

如圖3所示，三級(jí)（間接+間接+直接）蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，適用于一些對(duì)室內(nèi)空氣條件有一定要求的場(chǎng)所（如星級(jí)賓館、醫(yī)院或一些工廠(chǎng)等）。

2 三種不同蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的建模與計(jì)算

在蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)中空氣和水傳熱傳質(zhì)情況復(fù)雜，故對(duì)其內(nèi)部的狀況進(jìn)行描述、測(cè)量和計(jì)算比較困難，理論計(jì)算也是其難點(diǎn)之一，研究可以采用瞬態(tài)系統(tǒng)模擬計(jì)算軟件為基礎(chǔ)。

系統(tǒng)研究地點(diǎn)取蘇州地區(qū)，建立一級(jí)直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)模型（如圖4所示）、二級(jí)（間接+直接）蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)模型（如圖6所示）和三級(jí)（間接+間接+直接）蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)模型（如圖8所示）三種，計(jì)算時(shí)間取5月1日至10月31日，時(shí)間步長(zhǎng)為1小時(shí)，共4416小時(shí)。

2.1 一級(jí)直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

2.2 二級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

2.3 三級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

3 處理前后空氣溫度、相對(duì)濕度的結(jié)果分析

一級(jí)直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果（如圖5所示）、二級(jí)（間接+直接）蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果（如圖7所示）和三級(jí)（間接+間接+直接）蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果（如圖9所示），現(xiàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總?cè)绫?。

4 結(jié)論

本研究對(duì)象為地處蘇州地區(qū)的三種不同的蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，利用瞬態(tài)系統(tǒng)模擬計(jì)算軟件能快速地計(jì)算出三種不同系統(tǒng)的空氣處理后的溫度與相對(duì)濕度等。計(jì)算中若改變地點(diǎn)參數(shù)文件，軟件也能很快模擬計(jì)算出相應(yīng)地點(diǎn)的空氣處理前后的狀態(tài)參數(shù)。對(duì)實(shí)際工程的系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)、方案比較均具有參考意義，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)掌握《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》課程教學(xué)中的相關(guān)內(nèi)容起到一定的促進(jìn)作用。

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