文 献 综 述

1.1课题背景

在生活方面，随着经济全球化的加速和国内城乡居民人均收入的增加，处于经济快速发展和城镇化进程快速推进的中国，同时面临着环境日趋恶化加剧和能源日趋紧张的两个问题。随着城市居民生活水平的改善以及近几年”全球变暖”导致的高温问题突出，人们对夏季室内外环境质量的需求进一步提高。空调的使用率也越来越高。空气调节系统的能源消耗在建筑总能源消耗中占到了40%-60%^[1]。随着报告[2]的出台以及中华人民共和国国家事务管理院在2012年出台《节能减排”十二五”规划》和联合国各成员国共同签署的《蒙特利尔议定书》的生效，节能意识越来越深入人心。因此，具有节能特点的直接蒸发冷却技术越来越得到许多专家学者的重视。而在直接蒸发冷却技术中喷淋式机组更受空气调节设备开发者和用户的青睐。喷淋式蒸发冷却包括喷水室和高压喷雾两类形式，而直接蒸发冷却系统中最核心最关键的部件就是喷嘴，本课题对水在压力旋流雾化喷嘴内的流动进行了数值模拟。

在工业上，喷淋式蒸发冷却系统也可以应用于热空气以及烟气的冷却上。应用较广泛的就是喷淋塔设备。热烟气和热空气由导风管进入塔内，塔内布置的喷嘴喷出冷却水，对热空气或者热烟气进行降温或增湿。喷嘴的雾化特性直接影响热空气或热烟气的冷却效率，因此对喷嘴雾化特性的研究就显得十分重要。

1.2喷淋式直接蒸发冷却的特点

喷嘴、循环水泵、风机和集水箱等设备建立了喷淋式直接冷却系统的模型。喷淋式机组具有绿色节能、无噪音的优点。除此之外，喷淋式直接冷却系统以水为工质，不需要使用任何制冷剂，因此对环境没有污染的。另外一方面，水的蒸发潜热约2257.2kJ/kg，制冷系数远远大于常规制冷剂。据参考文献[3]，喷淋式直接蒸发冷却系统的运行能源消耗约占常规制冷系统的1/5，同时初投资仅为常规制冷系统的1/2。综合以上特点，喷淋式直接冷却系统能在很大程度上弥补了常规制冷系统的不足，对于减少能耗具有积极作用。

1.3喷淋式直接蒸发冷却的原理

喷淋式直接蒸发冷却是指水通过水泵加压至一定压力，由特定的喷嘴（本课题采用压力旋流喷嘴）喷出，形成雾化状态的小水滴（直径为50-100μm）。小水滴与空气进行充分接触，发生热量和质量的交换，小水滴受热汽化，液滴受热蒸发潜热(2257.2kJ/kg)是巨大的，大大吸收环境中的热量导致空气和水的温度都下降，同时空气的含湿量(1千克干空气同时并存的水蒸气的质量)增加，较大含湿量的空气降低室内空间的温度并进行空气调节。在我国黄土高原等内陆气候干燥的地区，也能起到加湿空气的作用提高人们的环境舒适度。这一过程是在冷却塔这一绝热设备中完成的，其流程及i-d曲线如下图所示：

图1.直接蒸发冷却系统装置原理图 图2.直接蒸发冷却i-d图表示

图1中，1为喷水室的进口，2为喷水室的出口。图2中，T1为室外空气流入喷水室的温度，T2为室外空气流出喷水室的温度，处于状态1的室外热空气在喷水室中与喷嘴喷出的雾化小液滴进行热量和物质的交换，空气含湿量增加，从而温度下降，沿绝热线到状态2。出口排出的含湿量较大的冷空气再与温度较高的空气接触，进行降温或温控。