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公司名稱(chēng)：化工填料廠家
公司QQ：27749890
聯(lián)系人：龍經(jīng)理
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聯(lián)系地址：江西萍鄉(xiāng)湘東陶瓷工業(yè)園
孔板波紋填料熱源塔的熱質(zhì)傳遞性能
2019-07-23 閱讀：次
提出一種采用大比表面積、表面沖有網(wǎng)孔的塑料孔板波紋填料的熱源塔，并通過(guò)構(gòu)建橫流式熱源塔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開(kāi)展風(fēng)量密度和淋液密度等對(duì)孔板波紋填料熱源塔熱質(zhì)傳遞性能的研究，并與常規(guī)人字波紋填料熱源塔熱質(zhì)傳遞性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。研究結(jié)果表明：孔板波紋填料表面的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)液膜在填料兩側(cè)的交叉流動(dòng)及液膜表面的擾動(dòng)；相比人字波紋填料，當(dāng)風(fēng)量密度為 2.5 kg/(m2·s)時(shí)，孔板波紋填料的傳熱系數(shù)提高 9.5%，換熱量為人字波紋填料的 2 倍，為熱源塔熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化及緊湊化提供參考。
熱源塔作為一種新型的熱質(zhì)交換設(shè)備，是熱源塔熱泵系統(tǒng)的核心部件之一。在夏季工況下，熱源塔利用部分冷卻水的蒸發(fā)將機(jī)組冷凝熱排放到環(huán)境中；在冬季工況時(shí)，熱源塔依靠低溫溶液從空氣中吸收熱量作為熱泵的低位熱源[1−2]。熱源塔熱泵系統(tǒng)兼顧了常規(guī)水冷冷水機(jī)組夏季高運(yùn)行效率的勢(shì)[3−5]，同時(shí)在冬季可替代鍋爐進(jìn)行供暖，一次能源利用效率高。相比空氣源熱泵，熱源塔熱泵系統(tǒng)不存在結(jié)霜問(wèn)題[6−8]，可在較低的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作；相比水/地源熱泵，熱源塔熱泵系統(tǒng)不受地理地質(zhì)條件限制[9−10]。熱源塔夏季換熱以潛熱為主，冬季換熱則以顯熱為主，夏季散熱量大于冬季吸熱量[11]。為了保證熱泵系統(tǒng)冬季穩(wěn)定工作，熱源塔需按冬季工況設(shè)計(jì)。如使用常規(guī)冷卻塔填料，勢(shì)必造成熱源塔體積過(guò)大，使得存在在一些場(chǎng)合因場(chǎng)地受限而不能應(yīng)用的問(wèn)題。根據(jù)熱源塔的傳熱傳質(zhì)原理可知，為減小熱源塔體積，可通過(guò)熱源塔填料的比表面積以獲得更大的氣液接觸面積及提高填料熱質(zhì)傳遞系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，填料的研究主要集中在通過(guò)表面改性和表面微結(jié)構(gòu)改造來(lái)提高填料表面的潤(rùn)濕性。填料的宏觀結(jié)構(gòu)，如填料排列方式及波紋片幾何尺寸等，決定了氣體和液體的基本流動(dòng)方式；填料的微觀結(jié)構(gòu)，如凸點(diǎn)、溝槽、小孔、小波紋等，則主要促進(jìn)液體流動(dòng)中液膜的鋪展、湍動(dòng)及液相的徑向分布[12]。液體在規(guī)整填料表面的流動(dòng)形式主要以膜狀流為主[13]，李洪等[14]對(duì) 5 種不同的波紋規(guī)整填料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)依靠滲流作用的波紋規(guī)整填料具有的熱質(zhì)傳遞性能。近年來(lái)，HOFFMANN 等[15−17]通過(guò)數(shù)值模擬方法，研究了規(guī)整填料表面液膜流體動(dòng)力學(xué)特性。譚麗媛等[16]利用計(jì)算流體力學(xué)中的 VOF 多相流模型，對(duì)液體在兩相鄰規(guī)整填料特征單元上的分布進(jìn)行三維仿真模擬，發(fā)現(xiàn)液體在高比表面積、填料表面有波紋的規(guī)整填料上分布較好。雖然前人對(duì)填料方面進(jìn)行了很多研究，但對(duì)于結(jié)合熱源塔傳熱傳質(zhì)特性的填料化涉及較少。為此，本文作者提出一種采用大比表面積(500 m2/m3)、表面沖有網(wǎng)孔的塑料孔板波紋填料的橫流熱源塔，所采用的塑料孔板波紋填料具有規(guī)整填料的特性，且比表面積大、表面潤(rùn)濕性能好，結(jié)構(gòu)上利于氣液兩相充分接觸及液膜流動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)構(gòu)建橫流熱源塔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和熱源塔數(shù)學(xué)模型，深入研究孔板波紋填料熱源塔傳熱傳質(zhì)性能并與常規(guī)人字波紋填料熱源塔進(jìn)行對(duì)比。
1 熱源塔的數(shù)學(xué)模型
在橫流熱源塔中，空氣沿水平方向進(jìn)入填料，溶液從填料頂部流下，兩者在填料表面完成熱質(zhì)交換，溶液吸收空氣中的顯熱及潛熱，溫度升高。針對(duì)熱源塔內(nèi)溶液與空氣間熱質(zhì)傳遞過(guò)程的特征，提出以下假設(shè)：1) 傳熱與傳質(zhì)系數(shù)在整個(gè)填料中保持一致；2) 填料表面的傳熱與傳質(zhì)面積相同；3) 流動(dòng)方向的導(dǎo)熱可以忽略；4) 填料在二向潤(rùn)濕均勻。
橫流熱源塔中，填料的長(zhǎng)×寬×高為 W×L×H。任取圖 1 中 1 個(gè)微元體 dV 為研究對(duì)象。在溶液與濕空氣的熱質(zhì)交換過(guò)程中，遵循守恒、質(zhì)量守恒(包括水分質(zhì)量守恒和溶質(zhì)質(zhì)量守恒)及對(duì)流傳熱傳質(zhì)關(guān)系式。
守恒：
式中：ma 和 ms 分別為空氣和溶液的質(zhì)量流量，kg/s； ha 為空氣焓，J/g；Ts 為溶液溫度，K；wa 為濕空氣含濕量，g/kg；Xs 為溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；cps 為溶液比定壓熱容，kJ/(kg·K)。
對(duì)流傳熱方程為
式中：cpa 為干空氣比定壓熱容，kJ/(kg·K)；cpv 為水蒸氣比定壓熱容，kJ/(kg·K)；Ta 為空氣溫度，K；hc為傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；aw 為填料比表面積，m2/m3；
V 為填料體積，m3；hd 為濕差傳質(zhì)系數(shù)，kg/(m2·s)； ws 為溶液等效含濕量，g/kg。
其中，空氣的焓變化量 dha = (c pa + wa ×
cp v ) × d Ta + r × dwa ，經(jīng)過(guò)一系列推導(dǎo)，得到熱源塔內(nèi)部傳熱傳質(zhì)的控制方程：
通過(guò)對(duì)上述控制方程的差分離散，再結(jié)合溶液與空氣的物性參數(shù)，可得到熱源塔中各個(gè)微元內(nèi)空氣與溶液的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得空氣與溶液的進(jìn)出口參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)可推算出填料的傳熱傳質(zhì)系數(shù)。具體計(jì)算流程如圖 2 所示：假定傳熱和傳質(zhì)系數(shù)，根據(jù)熱源塔的進(jìn)口空氣和溶液參數(shù)，利用差分離散求解方法，求出熱源塔出口參數(shù)。通過(guò)校核出口空氣溫度的計(jì)算值與測(cè)量值，修正傳熱系數(shù)；校核出口空氣含濕量的計(jì)算值和測(cè)量值，修正傳質(zhì)系數(shù)，如此往復(fù)，直到達(dá)到一定精度，輸出相應(yīng)的傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的空氣與溶液的進(jìn)出口參數(shù)，由式(11)和式(12)分別求得熱源塔的總換熱量和潛熱換熱量：
式中：Q 為總換熱量，kW；QL 為潛熱換熱量，kW；
熱源塔作為一種新型的熱質(zhì)交換設(shè)備，是熱源塔熱泵系統(tǒng)的核心部件之一。在夏季工況下，熱源塔利用部分冷卻水的蒸發(fā)將機(jī)組冷凝熱排放到環(huán)境中；在冬季工況時(shí)，熱源塔依靠低溫溶液從空氣中吸收熱量作為熱泵的低位熱源[1−2]。熱源塔熱泵系統(tǒng)兼顧了常規(guī)水冷冷水機(jī)組夏季高運(yùn)行效率的勢(shì)[3−5]，同時(shí)在冬季可替代鍋爐進(jìn)行供暖，一次能源利用效率高。相比空氣源熱泵，熱源塔熱泵系統(tǒng)不存在結(jié)霜問(wèn)題[6−8]，可在較低的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作；相比水/地源熱泵，熱源塔熱泵系統(tǒng)不受地理地質(zhì)條件限制[9−10]。熱源塔夏季換熱以潛熱為主，冬季換熱則以顯熱為主，夏季散熱量大于冬季吸熱量[11]。為了保證熱泵系統(tǒng)冬季穩(wěn)定工作，熱源塔需按冬季工況設(shè)計(jì)。如使用常規(guī)冷卻塔填料，勢(shì)必造成熱源塔體積過(guò)大，使得存在在一些場(chǎng)合因場(chǎng)地受限而不能應(yīng)用的問(wèn)題。根據(jù)熱源塔的傳熱傳質(zhì)原理可知，為減小熱源塔體積，可通過(guò)熱源塔填料的比表面積以獲得更大的氣液接觸面積及提高填料熱質(zhì)傳遞系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，填料的研究主要集中在通過(guò)表面改性和表面微結(jié)構(gòu)改造來(lái)提高填料表面的潤(rùn)濕性。填料的宏觀結(jié)構(gòu)，如填料排列方式及波紋片幾何尺寸等，決定了氣體和液體的基本流動(dòng)方式；填料的微觀結(jié)構(gòu)，如凸點(diǎn)、溝槽、小孔、小波紋等，則主要促進(jìn)液體流動(dòng)中液膜的鋪展、湍動(dòng)及液相的徑向分布[12]。液體在規(guī)整填料表面的流動(dòng)形式主要以膜狀流為主[13]，李洪等[14]對(duì) 5 種不同的波紋規(guī)整填料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)依靠滲流作用的波紋規(guī)整填料具有的熱質(zhì)傳遞性能。近年來(lái)，HOFFMANN 等[15−17]通過(guò)數(shù)值模擬方法，研究了規(guī)整填料表面液膜流體動(dòng)力學(xué)特性。譚麗媛等[16]利用計(jì)算流體力學(xué)中的 VOF 多相流模型，對(duì)液體在兩相鄰規(guī)整填料特征單元上的分布進(jìn)行三維仿真模擬，發(fā)現(xiàn)液體在高比表面積、填料表面有波紋的規(guī)整填料上分布較好。雖然前人對(duì)填料方面進(jìn)行了很多研究，但對(duì)于結(jié)合熱源塔傳熱傳質(zhì)特性的填料化涉及較少。為此，本文作者提出一種采用大比表面積(500 m2/m3)、表面沖有網(wǎng)孔的塑料孔板波紋填料的橫流熱源塔，所采用的塑料孔板波紋填料具有規(guī)整填料的特性，且比表面積大、表面潤(rùn)濕性能好，結(jié)構(gòu)上利于氣液兩相充分接觸及液膜流動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)構(gòu)建橫流熱源塔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和熱源塔數(shù)學(xué)模型，深入研究孔板波紋填料熱源塔傳熱傳質(zhì)性能并與常規(guī)人字波紋填料熱源塔進(jìn)行對(duì)比。
1 熱源塔的數(shù)學(xué)模型
在橫流熱源塔中，空氣沿水平方向進(jìn)入填料，溶液從填料頂部流下，兩者在填料表面完成熱質(zhì)交換，溶液吸收空氣中的顯熱及潛熱，溫度升高。針對(duì)熱源塔內(nèi)溶液與空氣間熱質(zhì)傳遞過(guò)程的特征，提出以下假設(shè)：1) 傳熱與傳質(zhì)系數(shù)在整個(gè)填料中保持一致；2) 填料表面的傳熱與傳質(zhì)面積相同；3) 流動(dòng)方向的導(dǎo)熱可以忽略；4) 填料在二向潤(rùn)濕均勻。
橫流熱源塔中，填料的長(zhǎng)×寬×高為 W×L×H。任取圖 1 中 1 個(gè)微元體 dV 為研究對(duì)象。在溶液與濕空氣的熱質(zhì)交換過(guò)程中，遵循守恒、質(zhì)量守恒(包括水分質(zhì)量守恒和溶質(zhì)質(zhì)量守恒)及對(duì)流傳熱傳質(zhì)關(guān)系式。
守恒：
| ma × dha = - c p × d( ms × Ts ) = | ||
| s | ||
| - c p | × ms × d Ts - c p × Ts × dms | (1) |
| s | s | |
| 水分質(zhì)量守恒： | ||
| d ms = - ma × dwa | (2) | |
| 溶質(zhì)質(zhì)量守恒： | ||
| Xs × ms | = ( X s + dX s )( ms + dms ) | (3) |
對(duì)流傳熱方程為
| ma ×(c p | + wa × c p | ) × dTa = hC × (Ts - Ta ) × a w × dV | (4) |
| a | v | ||
| 對(duì)流傳質(zhì)方程為 | |||
| ma d wa | = hd ( ws - wa ) × a w × dV | (5) | |
V 為填料體積，m3；hd 為濕差傳質(zhì)系數(shù)，kg/(m2·s)； ws 為溶液等效含濕量，g/kg。
其中，空氣的焓變化量 dha = (c pa + wa ×
cp v ) × d Ta + r × dwa ，經(jīng)過(guò)一系列推導(dǎo)，得到熱源塔內(nèi)部傳熱傳質(zhì)的控制方程：
| dw = | hd × dV × a w × ( ws - wa ) | (6) | ||
| a | ma | |||
| d ms = - ma × dwa | (7) | |||
通過(guò)對(duì)上述控制方程的差分離散，再結(jié)合溶液與空氣的物性參數(shù)，可得到熱源塔中各個(gè)微元內(nèi)空氣與溶液的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得空氣與溶液的進(jìn)出口參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)可推算出填料的傳熱傳質(zhì)系數(shù)。具體計(jì)算流程如圖 2 所示：假定傳熱和傳質(zhì)系數(shù)，根據(jù)熱源塔的進(jìn)口空氣和溶液參數(shù)，利用差分離散求解方法，求出熱源塔出口參數(shù)。通過(guò)校核出口空氣溫度的計(jì)算值與測(cè)量值，修正傳熱系數(shù)；校核出口空氣含濕量的計(jì)算值和測(cè)量值，修正傳質(zhì)系數(shù)，如此往復(fù)，直到達(dá)到一定精度，輸出相應(yīng)的傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的空氣與溶液的進(jìn)出口參數(shù)，由式(11)和式(12)分別求得熱源塔的總換熱量和潛熱換熱量：
| Q = ma × ( ha ,in - ha,out ) = | ||||
| ra × Va [c p | a | × (Ta ,in - Ta ,out ) + r × ( wa ,in - wa,out )] | (11) | |
| QL = ma × ( wa ,in - wa ,out ) × r | (12) |
ha,in 和 ha,out 分別為熱源塔進(jìn)出口的空氣焓，J/g；ρa 為空氣的密度，kg/m3；Va 為空氣體積流量，m3/h；wa,in和 wa,out 分別為熱源塔進(jìn)出口空氣的含濕量，g/kg；r為水蒸氣的汽化潛熱，J/g。
2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介
2.1 實(shí)驗(yàn)裝置
熱源塔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖 3 所示，主要包括熱源塔、空氣處理系統(tǒng)、溶液系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集模塊。空氣處理系統(tǒng)包括表冷器、加熱器、加濕器、風(fēng)機(jī)等，溶液系統(tǒng)包括流量計(jì)、泵、溶液槽和外部冷熱源。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，溶液槽 1 中配制好的溶液被外部冷熱源處理到設(shè)定溫度后，由溶液泵抽出，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)后送入熱源塔頂部的布液裝置。溶液在熱源塔中潤(rùn)濕填料并與來(lái)流空氣進(jìn)行熱質(zhì)傳遞，吸熱后的溶液流入溶液槽 2 中。熱源塔中空氣和溶液的流量均采用變頻器控制，溶液選用的是質(zhì)量濃度為 24.2%的乙二醇溶液。
2.2 熱源塔填料結(jié)構(gòu)
熱源塔為實(shí)驗(yàn)臺(tái)的核心設(shè)備，分別采用人字波紋填料和孔板波紋填料，填料長(zhǎng)×寬×高均為 280mm×430 mm×700 mm，比表面積分別為 172 m2/m3和 500 m2/m3，片間距分別為 15 mm 和 6.3 mm。
人字波填料表面有連續(xù)的人字形通道(如圖 4(a) 所示)，液體流動(dòng)路線較長(zhǎng)，空氣流經(jīng)人字波紋填料時(shí)有良好的擾動(dòng)性?？装宀y填料的表面沖有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)(如圖 4(b)所示)，自由下降的液體可在填料上形成穩(wěn)定的降膜流動(dòng)，網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)液膜在填料兩側(cè)的交叉流動(dòng)，可有效增加填料表面利用率，加強(qiáng)氣液界面上液膜的湍動(dòng)程度，提高傳熱效果?？装宀y填料的材質(zhì)是聚丙烯，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸、堿及溶劑的腐蝕。同時(shí)，相同材質(zhì)的填料在化工領(lǐng)域已有使用，具有工程應(yīng)用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)中使用的孔板波紋填料單片橫向安裝形成一層，填料層與層之間縱向排布，相鄰兩層交錯(cuò) 90°安裝。填料長(zhǎng)×寬×高為 280 mm× 430 mm×700 mm，每層填料高度為 100 mm，共 7 層。
2.3 測(cè)試裝置
實(shí)驗(yàn)測(cè)量的空氣參數(shù)主要有空氣流量、熱源塔進(jìn)出口空氣的干球溫度和含濕量。溶液參數(shù)主要有熱源塔進(jìn)出口溶液流量、溫度以及濃度。實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置及精度如表 1 所示。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論為得到運(yùn)行參數(shù)對(duì) 2 種填料熱質(zhì)傳遞性能的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)溶液與空氣間的傳熱傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行變工況研究，獲得不同運(yùn)行工況下(表 2)熱源塔的進(jìn)出口狀態(tài)參數(shù)，然后基于模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到該過(guò)程不同填料的熱質(zhì)傳遞系數(shù)和換熱量。
3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試誤差分析
根據(jù)間接測(cè)量的誤差傳遞原理，以典型工況為例，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行誤差分析，典型工況直接測(cè)量值見(jiàn)表 3。
從以上的數(shù)據(jù)誤差分析可知，本研究所得總換熱量大相對(duì)誤差符合實(shí)驗(yàn)要求。
3.2 風(fēng)量密度對(duì)熱源塔熱質(zhì)傳遞性能的影響 當(dāng)熱源塔在如表2 中工況a 所示進(jìn)口參數(shù)條件下，調(diào)節(jié)風(fēng)量密度從 1.2 kg/(m2•s)變化到 3.2 kg/(m2•s)，分析 2 種填料的熱質(zhì)傳遞性能隨風(fēng)量密度的變化規(guī)律，其變化曲線如圖 5~8 所示。為方便表示，人字波紋填料和孔板波紋填料在圖中分別用 1 號(hào)和 2 號(hào)代替。
圖 5 所示為風(fēng)量密度對(duì) 2 種填料傳熱傳質(zhì)系數(shù)的影響規(guī)律。從圖 5 可知：2 種填料的傳熱傳質(zhì)系數(shù)均隨著風(fēng)量密度的而。由于風(fēng)量密度的增加，溶液表面與空氣主流的擴(kuò)散，同時(shí)溶液液膜也會(huì)在加大的空氣流速下產(chǎn)生較強(qiáng)烈的擾動(dòng)，從而使系數(shù)增加。隨著風(fēng)量密度的增加，孔板波紋填料的平均傳熱系數(shù)比人字波紋填料提高 5%，而孔板波紋填料的平均傳質(zhì)系數(shù)比人字波紋填料提高 7.2%。其原因
主要是孔板波紋填料表面的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)能液膜的滲流效應(yīng)及液膜表面的擾動(dòng)，溶液與空氣之間的熱質(zhì)傳遞更為劇烈。相比于人字波紋填料，在相同運(yùn)行條件下，孔板波紋填料布液更為均勻，表面潤(rùn)濕更充分。
圖 6 所示為風(fēng)量密度對(duì) 2 種填料換熱量和進(jìn)出口溶液溫差的影響規(guī)律。由圖 6 可知：2 種填料的換熱量、溶液溫升均隨著風(fēng)量密度的增加而增加；當(dāng)風(fēng)量密度從 1.2 kg/(m2•s)上升至 3.1 kg/(m2•s)時(shí)，孔板波紋
(13) 填料的換熱量從 2.08 kW 上升至 4.15 kW，溶液溫升也增加至原來(lái)的 2.00 倍。由于風(fēng)量密度增加導(dǎo)致填料換熱系數(shù)，進(jìn)而促使換熱量和溶液溫升增加；當(dāng)風(fēng)量密度均為 2.5 kg/(m2•s)時(shí)，孔板波紋填料的換熱量為人字波紋填料的 2.00 倍。這主要是因?yàn)榭装宀y填料的比表面積和熱質(zhì)傳遞系數(shù)均比人字波紋填料的大。
圖 7 所示為風(fēng)量密度對(duì) 2 種填料潛熱換熱量和潛熱百分比的影響規(guī)律。從圖 7 可知：2 種填料的潛熱換熱量隨著風(fēng)量密度增加而增加，而風(fēng)量密度對(duì) 2 種填料的潛熱百分比的影響較小。風(fēng)量密度的增加提高了傳熱傳質(zhì)系數(shù)，溶液與空氣之間的顯熱和潛熱換熱量均提高，導(dǎo)致潛熱百分比無(wú)明顯變化。由于孔板波紋填料的比表面積和熱質(zhì)傳遞系數(shù)均比人字波紋填料的大，所以，當(dāng)風(fēng)量密度均為 2.5 kg/(m2•s)時(shí)，孔板波紋填料的潛熱換熱量是人字波紋填料的 1.57 倍，而孔板波紋填料的潛熱百分比略比人字波紋填料的低。
圖 8 所示為風(fēng)量密度對(duì) 2 種填料的進(jìn)出口空氣溫差和含濕量差的影響規(guī)律。由圖 8 可知：2 種填料的進(jìn)出口空氣溫差和含濕量差均隨著風(fēng)量密度的增加而增加；隨著風(fēng)量密度的增加，孔板波紋填料的進(jìn)出口空氣溫差下降為原來(lái)的 80%，進(jìn)出口空氣含濕量差下降到原來(lái)的 66%。這是因?yàn)轱L(fēng)量密度的增加導(dǎo)致與溶液接觸的空氣的總量，但空氣與溶液之間的接觸較之前不夠充分。當(dāng)風(fēng)量密度均為 2.5 kg/(m2•s)時(shí)，孔板波紋填料的進(jìn)出口空氣溫差是人字波紋填料的 2.00 倍，孔板波紋填料的進(jìn)出口空氣含濕量差是人字波紋填料的 1.60 倍。
3.3 淋液密度對(duì)熱源塔熱質(zhì)傳遞性能的影響當(dāng)熱源塔在如表 2 中 b 所示進(jìn)口參數(shù)條件下，調(diào)節(jié)淋液密度從 2.3 kg/(m2•s)變化到 4.5 kg/(m2•s)，分析2 種填料的熱質(zhì)傳遞性能隨風(fēng)量密度的變化規(guī)律，其變化曲線如圖 9~12 所示。為方便表示，人字波紋填料和孔板波紋填料在圖中分別用 1 號(hào)和 2 號(hào)代替。
圖 9 所示為淋液密度對(duì) 2 種填料傳熱和傳質(zhì)系數(shù)的影響規(guī)律。從圖 9 可知：2 種填料的傳熱和傳質(zhì)系數(shù)均隨著淋液密度的增加而增加，隨著淋液密度的增加，孔板波紋填料的平均傳熱系數(shù)比人字波紋填料提
高 15%，孔板波紋填料的平均傳質(zhì)系數(shù)比人字波紋填料提高 18%。其主要原因是孔板波紋填料表面的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)了液膜在填料兩側(cè)的交叉流動(dòng)，有效增加了填料表面利用率，加強(qiáng)了氣液界面上液膜湍動(dòng)程度，提高了傳熱效果。同時(shí)，高比表面積的孔板波紋填料相比于人字波紋填料布液更均勻。
圖 10 所示為淋液密度對(duì)2 種填料換熱量和進(jìn)出口溶液溫差的影響規(guī)律。由圖 10 可知：2 種填料的換熱量隨著淋液密度的增加而增加，而溶液溫差則隨著淋液密度的增加而減少；當(dāng)淋液密度從 2.5 kg/(m2•s)上升至 4.5 kg/(m2•s)時(shí)，孔板波紋填料的換熱量從 41.5 kW上升至 55.0 kW，上升至原來(lái)的 1.30 倍，進(jìn)出口溶液溫差則下降為原來(lái)的 70%。由于淋液密度的增加導(dǎo)致填料的熱質(zhì)傳遞系數(shù)，促使溶液與空氣之間的換熱量上升；隨著淋液密度的增加，孔板波紋填料的平均換熱量約為人字波紋填料的 2.20 倍，平均進(jìn)出口溶液溫差約為人字波紋填料的 1.90 倍。這是孔板波紋填料的傳熱傳質(zhì)系數(shù)和比表面積均比人字波紋填料的大所導(dǎo)致的。
圖 11 所示為淋液密度對(duì) 2 種填料的潛熱換熱量和潛熱百分比的影響規(guī)律。從圖 11 可知：2 種填料的潛熱換熱量均隨淋液密度的增加而增加，而淋液密度對(duì)填料的潛熱百分比影響不大；當(dāng)淋液密度從 2.3 kg/(m2•s) 增加至 4.5 kg/(m2•s)時(shí)，孔板波紋填料的潛熱換熱量上升至原來(lái)的 1.47 倍。淋液密度的增加提高了填料的熱質(zhì)傳遞系數(shù)，促使溶液與空氣之間的顯熱和潛熱均增加，導(dǎo)致潛熱百分比變化不大；隨著淋液密度的增加，孔板波紋填料的平均潛熱換熱量是人字波紋填料的 1.78 倍，而孔板波紋填料的潛熱百分比比人字波紋填料的略低。
圖 12 所示為淋液密度對(duì)2 種填料的進(jìn)出口空氣溫差和含濕量差的影響規(guī)律，由圖 12 可知：2 種填料的
進(jìn)出口空氣溫差和含濕量差均隨著淋液密度的增加而增加；當(dāng)淋液密度從 2.5 kg/(m2•s)上升至 4.5 kg/(m2•s)時(shí)，孔板波紋填料進(jìn)出口空氣溫差上升為原來(lái)的 1.26 倍，而進(jìn)出口空氣含濕量差上升為原來(lái)的 1.47 倍；隨著淋液密度的增加，孔板波紋填料的平均進(jìn)出口空氣溫差為人字波紋填料的 2.10 倍，而平均進(jìn)出口空氣含濕量差為人字波紋填料的 1.78 倍。這主要是因?yàn)榱芤好芏鹊脑黾訉?dǎo)致 2 種填料的傳熱傳質(zhì)系數(shù)均增加，潛熱和顯熱換熱量隨之增加，而孔板波紋填料的比表面積和傳熱傳質(zhì)系數(shù)均比人字波紋填料的大，故其進(jìn)出口空氣溫差和含濕量差均比人字波紋填料的大。
在熱源塔中，空氣與溶液發(fā)生傳熱傳質(zhì)，空氣側(cè)和溶液側(cè)相互影響。風(fēng)量密度增加導(dǎo)致溶液在熱源塔中滯留時(shí)間增加，而空氣和溶液交界面處溶液的擾動(dòng)也更為劇烈，強(qiáng)化了溶液側(cè)的換熱。同時(shí)，淋液密度的增加提升了空氣與溶液界面處溶液的更新速度，單位體積的空氣與溶液接觸更充分，強(qiáng)化了空氣側(cè)的換熱。
4 結(jié)論
1) 采用孔板波紋填料，相比于傳統(tǒng)的人字波紋填料，其具有較大的比表面積，孔板波紋填料表面的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)液膜的滲流效應(yīng)以及液膜表面的擾動(dòng)，溶液與空氣之間的熱質(zhì)傳遞更為劇烈。在相同運(yùn)行條件下，孔板波紋填料布液更均勻，表面潤(rùn)濕更充分。
2) 隨著風(fēng)量密度的增加，孔板波紋填料的傳熱系數(shù)從10.9 W/(m2•K)上升至22 W/(m2•K)，換熱量從2.08 kW 上升至 4.15 kW。而淋液密度的增加使孔板波紋填料的傳熱系數(shù)從 20.2 W/(m2•K)上升至 26.0 W/(m2•K)，換熱量上升至原來(lái)的 1.30 倍。
3) 當(dāng)風(fēng)量密度為 2.5 kg/(m2•s)時(shí)，孔板波紋填料的平均傳熱系數(shù)比人字波紋填料提高 9.5%，換熱量為人字波紋填料的 2.00 倍，潛熱換熱量是人字波紋填料的 1.57 倍。
4) 隨著淋液密度的增加，孔板波紋填料的平均傳熱系數(shù)比人字波紋填料提高 15%，平均換熱量為人字波紋填料的 2.20 倍，平均潛熱換熱量是人字波紋填料的 1.78 倍。
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