20世紀(jì)80年代以來,隨著數(shù)值分析以及計算機(jī)的廣泛應(yīng)用,數(shù)值傳熱學(xué)正在受到重視,諸多學(xué)者針對某些具體蒸發(fā)式冷卻過程及設(shè)備建立了數(shù)學(xué)模型,并與實驗研究進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合。
1 988年,Peterson D等人綜述了蒸發(fā)換熱設(shè)備的數(shù)學(xué)模型發(fā)展過程,指出了各個文獻(xiàn)間的矛盾和不統(tǒng)一性,在修正Park和Treybal分析方法的基礎(chǔ)上建立了蒸發(fā)式冷凝器的簡單直觀分析模型。
1993年,波蘭VVojeiech Zalewski給出了蒸發(fā)式冷凝器一種新的傳熱傳質(zhì)模型,由4個偏微分方程組成,根據(jù)此模型撰寫了適用于光管蒸發(fā)式冷凝器的計算機(jī)程序,計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較,其誤差平均在3%,其中誤差較大也不很過20%。
1 995年,張旭和陳沛霖進(jìn)行了直接蒸發(fā)冷卻過程的不可逆熱動力學(xué)分析,建立了把實 際過程抽象成空氣縱掠濕平板發(fā)生傳熱傳質(zhì)過程的物理模型及過程熱動力學(xué)特性的數(shù)學(xué)模型。它是一個由熵產(chǎn)率方程、能量方程和質(zhì)量方程構(gòu)成的微分方程組,為提高熱質(zhì)交換設(shè)備 的熱力完善度提供了理論依據(jù)。
1997年,波蘭Wojeiech Zalewski等人建立了水一空氣逆流的蒸發(fā)式冷卻傳熱傳質(zhì)過程模型,并對換熱面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了幾何修正。模型與實驗結(jié)果吻合良好,且在引入新的傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式后可得到更好的吻合。
1997年,蔣常建等人對橫流式蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行了熱力分析,基于逆流式的熱質(zhì)交換模型提出了一種準(zhǔn)三維的計算方法,定義了傳遞單元數(shù)NTU和有效度,在建立數(shù)學(xué)模型 的基礎(chǔ)上,編寫了計算程序。結(jié)果表明,在一定程度上真實地反映了工藝流體、噴淋水溫和 空氣焓值的分布。
1 998年,克羅地亞Boris Halasz以熱力學(xué)角度出發(fā),以能量、動量及質(zhì)量平衡為基礎(chǔ),通過對蒸發(fā)式冷凝器內(nèi)傳熱傳質(zhì)及流動阻力的分析,給出了當(dāng)今所有類型的蒸發(fā)式冷卻裝置通用的數(shù)學(xué)模型,它包括了冷卻塔、蒸發(fā)式冷凝器、蒸發(fā)式流體冷卻器及空氣凈化除濕等 裝置。
1999年,英國G.Gan,S.B.Riffat首次利用CFD技術(shù)進(jìn)行了閉式冷卻塔氣液兩相流的數(shù)值模擬,氣流相采用歐拉方法,液滴相采用拉格朗日方法,并進(jìn)行兩相耦合。結(jié)果表明,CFD模擬可以很好地模擬閉式冷卻塔的熱力性能,對優(yōu)化設(shè)計和操作有很大作用。
2002年,白俄羅斯Brin等人建立了強(qiáng)制通風(fēng)的蒸發(fā)傳熱傳質(zhì)過程模型。在模型中考察了水膜、水滴及空氣流的速度、溫度及濕度對熱效率的影響,并對水一空氣界面的動力學(xué)進(jìn)行了初步探討。
2002年,新加坡M.N.A.Hawlader和B.M.Liu建立了控制自然通風(fēng)蒸發(fā)冷卻塔內(nèi)流動、質(zhì)量、能量方程的數(shù)學(xué)和物理模型,考察了氣流中液滴的非球型效應(yīng)和傳熱傳質(zhì)過程。數(shù)值模擬的出口水溫與測試值僅相差0.26度。模擬結(jié)果也表明,主要的熱量傳遞發(fā)生在填料區(qū),但填料區(qū)熱量83%靠蒸發(fā)潛熱,而液滴區(qū)90%的熱量靠蒸發(fā)潛熱。
2004年,法國Pascal Stabat和Dominique Marchio提出了閉式冷卻塔(蒸發(fā)式冷卻器) 的簡化模型。該模型基于Merkel理論,用有效單元數(shù)法描述,僅引入空氣側(cè)和水側(cè)傳熱系 數(shù)作為模型參數(shù)。結(jié)果表明,可以用來評測不同操作參數(shù),如濕球溫度及空氣流量下設(shè)備的能量和水耗情況。
2004年,比利時J Lebrun等人,基于Me:ikel理論提出了直接式、間接式冷卻塔和蒸發(fā)式冷凝器傳熱傳質(zhì)過程的簡化模型,表明對于蒸發(fā)式換熱設(shè)備可以應(yīng)用統(tǒng)一的理論分析。并討論了水流和空氣流影響下總傳熱系數(shù)和流體熱阻的計算。
2004年,華南理工大學(xué)對板片式蒸發(fā)式冷凝器的傳熱特性進(jìn)行了CFD數(shù)值模擬,主要利用Fluent軟件對板片壁面水膜蒸發(fā)過程、板問水膜和空氣流動特性及組分比例進(jìn)行了模擬研究。
2005年,西班牙Kaise建立了一個冷卻塔的數(shù)值模型,分析了對自然及強(qiáng)制通風(fēng)冷卻塔的基本方程及邊界條件,探討了數(shù)值模擬在蒸發(fā)式冷卻過程的可行性。
2005年,武漢理工大學(xué)進(jìn)行了“節(jié)水型蒸發(fā)式空冷器有關(guān)參數(shù)的優(yōu)化研究”,編寫了設(shè)計計算程序。
2005年,唐偉杰和張旭在分析大型工業(yè)用蒸發(fā)式冷卻器穩(wěn)態(tài)換熱模型的基礎(chǔ)上,針對管內(nèi)工作介質(zhì)無相變的過程,利用四階龍格一庫塔法編制了穩(wěn)態(tài)仿真程序,進(jìn)行設(shè)計計算以及設(shè)備內(nèi)部流體溫度或焓值分布的模擬計算,并分析了配風(fēng)量和配水量對換熱面積的影響。較后利用該仿真程序提出了全年運(yùn)行的蒸發(fā)式冷卻器配風(fēng)量的調(diào)節(jié)方案,達(dá)到了節(jié)約設(shè)備能 耗的目的。
2006年,沙特Bilal A.Qureshi等人綜述并研究了蒸發(fā)式冷凝器數(shù)學(xué)模型,并將污垢模型綜合在內(nèi)進(jìn)行了性能評估。
2006年,湖南大學(xué)Chengqin Ren和香港大學(xué)Hongxing Yang研究了順流/逆流間接蒸發(fā)冷卻傳熱傳質(zhì)耦合過程的分析模型。利用一維偏微分方程,在不限制路易斯數(shù)Le和潤濕率為固定值的前提下,考察了水膜蒸發(fā)效應(yīng)及沿管壁參數(shù)變化,較終值分析結(jié)果與數(shù)值積分值達(dá)到了很好的符合。