太阳能增强型冷却塔换热性能及影响因素的模拟与实验研究

作     者：辛光磊 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱家玲;蔡建新

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：太阳能增强型冷却塔 换热性能 太阳辐射强度 环境温度 数值模拟 实验研究 

摘      要：为了解决自然通风干式冷却塔效率低且易受环境温度影响的问题,将太阳能烟囱发电技术原理与自然通风冷却塔相结合,提出了太阳能增强型冷却塔。本文对太阳能增强型冷却塔内的传热过程进行数学分析,利用Fluent软件建立了数值模型,研究了太阳辐射强度、环境温度及两者综合作用对太阳能增强型冷却塔换热性能的影响。结果表明:太阳辐射强度是太阳能增强型冷却塔提高冷却效率的主要影响因素。太阳辐射强度越高,流经换热器的空气流量越多,排热量越大。在其他参数不变情况下,太阳辐射强度从100 W/m增加至1000 W/m时,换热量从1.524kW增加到1.747kW。中午时环境温度和太阳辐射强度同时达到一天中的最高值,此时传统自然通风冷却塔冷却性能快速下降,而太阳能增强型冷却塔利用太阳能可以弥补由环境温度升高引起的冷却性能的下降。环境温度为30℃,太阳辐射强度1000 W/m条件下,传统自然通风冷却塔的换热量为0.899kW,太阳能增强型冷却塔换热量为1.154kW,利用太阳能将换热量提高了0.255 kW。1000 W/m太阳辐射强度时新型冷却塔提高的换热量可以完全抵消环境温度升高4℃时传统冷却塔下降的换热量。在数值模拟基础上,建立了结构尺寸相同的太阳能增强型冷却塔的实验系统,研究换热性能和主要影响因素,实验结果表明:有太阳辐射时冷却塔塔体入口处的平均空气温度要比无辐射时的高5℃;有辐射时平均换热量为4.91kW,无辐射时平均换热量为4.51kW,利用太阳辐射能将换热量提高了9.1%;环境温度的升高减小冷却塔的换热量,19.6℃时换热量为4.85kW,31.3℃时换热量为2.58kW;增加循环水的入口温度,增大了换热温差,提高了通过换热器的空气流量,两者综合作用提高了换热量;开启备用风机,可以增加空气流量,风机频率为25Hz时,风机消耗的电功率为0.275 kW,冷却塔换热量增加了0.40kW。实验结果与模拟结果基本一致,证明本文提出的数值模拟方法可有效用于太阳能增强型冷却塔的换热性能分析,同时为太阳能增强型冷却塔的研究应用提供了实验数据支持。