瞬态模拟软件在《热质交换设备》教学中的应用分析

杨胤保

摘 要：以《热质交换原理与设备》课程教学中的复合式热质交换设备为研究对象，为加深学生对该内容的理解，应用瞬态系统模拟计算软件建立系统模型，对苏州地区的一级直接蒸发冷却空调系统、二级蒸发冷却空调系统和三级蒸发冷却空调系统进行供冷工况下的模拟计算。得出了相应的空气处理后的温度、相对湿度，并对结果进行分析，研究对实际的空调工程、通风工程的系统选型设计、方案比较均具有参考意义，对学生学习掌握《热质交换原理与设备》课程教学中的相关内容起到一定的促进作用。

关键词：蒸发冷却;空调系统;苏州;TRNSYS

中图分类号：G4 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.36.078

0 引言

《热质交换原理与设备》课程教学中的第8章复合式热质交换设备的热工计算中，有大量涉及蒸发冷却空调系统的教学内容，包括一级直接蒸发冷却空调系统、二级（间接+直接）蒸发冷却空调系统和三级（间接+间接+直接）蒸发冷却空调系统等。该内容涉及的系统较新颖，不使用CFCs，直接补充水分来维持蒸发过程的进行，对大气臭氧层无破坏作用，可直接采用全新风，提供良好的室内空气品质，具有节能环保的特点，目前国外对蒸发冷却技术的应用比较广泛，我们有必要对蒸发冷却等新技术进行研究，以达到既满足用户的舒适性或工艺性要求又达到节能的目的。在教学上，为加深学生对该内容的理解，可以应用瞬态系统模拟计算软件TRNSYS建立系统模型，进行一级直接蒸发冷却空调系统、二级（间接+直接）蒸发冷却空调系统和三级（间接+间接+直接）蒸发冷却空调系统等计算分析。

1 三种蒸发冷却空调系统的空气处理过程分析

蒸发冷却的特点是蒸发冷却填料中空气与水之间传热传质过程同时发生，过程复杂，其过程是流动、传热、传质同时发生，相互耦合，交叉影响的复杂热力过程。

如图1所示，一级直接蒸发冷却空调系统（DEC）是通过空气与淋水填料层直接接触，直接进行热质交换，过程为空气的绝热降温加湿。

如图2所示，二级（间接+直接）蒸发冷却空调系统，间接蒸发冷却的主要特点是降低了温度并保持了一次气流的湿度不变，其理论最低温度可降至蒸发侧二次空气流的湿球温度。日前，该系统在实际工程中应用较广。

如图3所示，三级（间接+间接+直接）蒸发冷却空调系统，适用于一些对室内空气条件有一定要求的场所（如星级宾馆、医院或一些工厂等）。

2 三种不同蒸发冷却空调系统的建模与计算

在蒸发冷却空调系统中空气和水传热传质情况复杂，故对其内部的状况进行描述、测量和计算比较困难，理论计算也是其难点之一，研究可以采用瞬态系统模拟计算软件为基础。

系统研究地点取苏州地区，建立一级直接蒸发冷却空调系统模型（如图4所示）、二级（间接+直接）蒸发冷却空调系统模型（如图6所示）和三级（间接+间接+直接）蒸发冷却空调系统模型（如图8所示）三种，计算时间取5月1日至10月31日，时间步长为1小时，共4416小时。

2.1 一级直接蒸发冷却空调系统

2.2 二级蒸发冷却空调系统

2.3 三级蒸发冷却空调系统

3 处理前后空气温度、相对湿度的结果分析

一级直接蒸发冷却空调系统计算结果（如图5所示）、二级（间接+直接）蒸发冷却空调系统计算结果（如图7所示）和三级（间接+间接+直接）蒸发冷却空调系统计算结果（如图9所示），现对计算结果进行汇总如表1。

4 结论

本研究对象为地处苏州地区的三种不同的蒸发冷却空调系统，利用瞬态系统模拟计算软件能快速地计算出三种不同系统的空气处理后的温度与相对湿度等。计算中若改变地点参数文件，软件也能很快模拟计算出相应地点的空气处理前后的状态参数。对实际工程的系统选型设计、方案比较均具有参考意义，对学生学习掌握《熱质交换原理与设备》课程教学中的相关内容起到一定的促进作用。

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