冷却塔逆用吸热过程多场耦合反向模拟策略与机理研究

With the increasing development of reversibly used cooling tower, its flow uniformity, low efficiency and heat absorption steadiness have been exposing. It is a key to realize the fluid flowing characteristics and its heat-mass coupling process for an appropriate design and its optimal operation. Aiming at steady and efficient heat absorption, the heat absorption process of a reversibly used cooling tower is studied through theoretical analysis, in combination with simulation and experiments. A mathematical model on the flowing of liquid film and heat-mass coupling is built to figure out the nature of this heat-mass coupling process. Based on above analysis, a reverse simulation theory of this coupling within a reversibly used cooling tower is studied to shorten its simulation time. And a steadiness index and an identifying method are proposed to judge the reverse simulation results. This research is significant for theoretical basis for steady and efficient heat absorption within reversibly used cooling towers and its application.

随着空调用开式冷却塔逆用吸热技术相关产业的快速发展，塔内流体流动均匀性与吸热稳定性差、吸热效率低等问题日益突出，正确认识塔内流体的流动特性与热质耦合交换过程是该冷却塔合理设计与优化运行的基础。本课题以冷却塔逆用吸热过程为研究对象，以实现其稳定、高效吸热为目标，通过理论分析、数值模拟与实验研究相结合的方法，建立塔内液膜流动和热质耦合传递特性的数学模型，探索波纹填料表面气液两相流动分布规律及其热质耦合传递过程的作用机制；在此基础上，本课题基于逆向思维进一步研究反向模拟塔吸热过程多场耦合原理，探索减少反向模拟过程所需计算时间的方法，建立反向模拟计算稳定性准则，寻找反向模拟结果的准确辨识方法，并采用双盲法对反向模拟进行实验验证。研究成果将为空调用开式冷却塔逆用稳定、高效吸热提供理论基础和依据，具有重要的学术研究价值和应用前景。

本项目以冷却塔逆用吸热过程为研究对象，以实现其稳定、高效吸热为目标，采用理论和实验相结合的方法，对RUCT内流体流动和热质传递过程的耦合机理进行了研究。设计搭建了实验系统，测试了RUCT气液两相逆流吸热过程溶液流量、溶液温度、空气温度、空气相对湿度、流速等因素对气液两相热质耦合传递性能的影响；基于RUCT运行工况与波纹填料特点，建立了填料表面在反向切应力作用下液膜流动与热质耦合传递特性的数学模型，通过数值仿真结合试验分析多种边界条件对RUCT内流动和传热传质过程性能参数的影响。基于数值模拟及实验结果，研究分析了波纹填料表面气液两相流动分布规律及其热质耦合传递过程的作用机制,尝试采用逆向思维对RUCT 内流体流动和热质耦合传递过程进一步进行研究，探索反向研究方法，得到了可表征RUCT传质与传热性能的无量纲准则关联式和波纹填料间气液两相传热传质出口参数与入口参数的函数式。.目前，空调用开式冷却塔逆用吸热技术相关产业快速发展，塔内流体流动均匀性与吸热稳定性差、吸热效率低等问题日益突出。本项目通过理论与实验研究，对冷却塔逆用吸热塔内流体的流动特性与热质耦合交换过程有了深刻认识，其研究成果可为空调用开式冷却塔逆用稳定、高效吸热提供理论基础和依据。