Аннотация
Испарительное охлаждение является одним из самых простых и эффективных способов охлаждения потоков воздуха. При прямом испарительном охлаждении поток воздуха, находящийся в непосредственном контакте с пленкой воды, охлаждается за счет адиабатического испарения. Данный способ испарительного охлаждения основан на термодинамической неравновесности атмосферного воздуха и психрометрической разности температур сухого и мокрого термометров, которая является возобновляемым энергетическим ресурсом для получения холода. Данная работа посвящена численному исследованию процессов тепломассопереноса, происходящих в тепломассообменном аппарате косвенно-испарительного типа. Данный аппарат состоит из плоско-параллельных каналов, в одном из которых протекает тонкая пленка воды. Предполагается, что режим течения потоков воздуха в каналах – ламинарный. Решается система дифференциальных уравнений Навье-Стокса, уравнений энергии и диффузии пара при стационарном режиме и в двухмерном приближении. Программа моделирования составлена на языке программирования FORTRAN и основывается на решении указанных дифференциальных уравнений методом конечных объемов. Входными данными являются значения температур, чисел Рейнольдса, концентраций и давлений в соответствующих каналах. Выходными данными моделирования являются основные параметры потоков: поля скоростей, температур, давлений, массовых концентраций, а также коэффициентов трения, теплоотдачи и массоотдачи. Предложены выражения для оценки эффективности тепломассообменного аппарата. Показано, что рассматриваемый аппарат может использоваться как охладитель и как увлажнитель воздуха. В статье также показано, что эффект охлаждения (по температуре и эффективности) в рассматриваемых аппаратах может быть сопоставим с современными системами охлаждения, использующими парокомпрессионные холодильные машины.
Ключевые слова: тепломассообменный аппарат, косвенно-испарительное охлаждение, эффективность, система дифференциальных уравнений Навье-Стокса, численное моделирование, М-цикл, охладитель, увлажнитель, система кондиционирования воздуха, температура мокрого термометра, температура «точки росы»
Список литературы
1. Anisimov S., Pandelidis D. Numerical study of the Maisotsenko cycle heat and mass exchanger // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2014. – Vol. 75. – P. 75–96. 2. Халатов A.А., Карп И.Н., Исаков Б.В. Термодинамический цикл Майсоценко и перспективы его применения в Украине // Відновлювана енергетика. – 2012. – № 4. – С. 13–29. 3. Numerical analysis of the evaporation of water by forced convection into humid air in partially wetted vertical plates / C.D. Hfaiedh, A. Nasr , J. Orfi, A.B. Mohamed, S.B. Nassrallah // Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2008. – Vol. 3, iss. 11. – P. 811–821. 4. Hsu S.T., Lavan Z. Optimization of wet-surface heat exchangers // Energy. – 1989. – Vol. 14, N 11. – P. 757–770. 5. Indirect evaporative cooling: past, present and future potentials / Z. Duan, C. Zhan, X. Zhang, M. Mustafa, X. Zhao, B. Alimohammadisagvand, A. Hasan // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2012. – Vol. 16, iss. 9. – P. 6823–6850. 6. Вентиляция и кондиционирование воздуха / под ред. Н.Н. Павлова, Ю.И. Шиллера. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1992. – 319 с. 7. Patankar S.V. Numerical heat transfer in fluid flow. – Washington: Hemisphere; New York: McGraw-Hill, 1980. – 197 p. 8. Терехов В.И., Кхафаджи Х.К., Горбачев М.В. Возможности методов испарительного охлаждения для применения в системах кондиционирования воздуха [Электронный ресурс] // Энерго- и ресурсоэффективность малоэтажных жилых зданий: материалы II Всероссийской научной конференции с международным участием, Новосибирск, 24–26 марта 2015 г. – Новосибирск, 2015. – С. 180–189. – URL: http://www.itp.nsc.ru/conferences/mzhz_2015/files/S03_Terehov.pdf (дата обращения: 28.12.2015). 9. Терехов В.И., Кхафаджи Х.К. Оптимизация процесса прямого испарительного охлаждения воздуха при ламинарной вынужденной конвекции между параллельными пластинами // XXXI Сибирский теплофизический семинар, Новосибирск, 17–19 ноября 2014 г.: Всероссийская конференция: тезисы докладов. – Новосибирск, 2014. – С. 290–295. 10. Khafaji H.Q., Ekaid A.L., Terekhov V.I. A numerical study of direct evaporative air cooler forced laminar convection between parallel-plates channel with wetted walls // Journal of Engineering Thermophysics. – 2015. – Vol. 24, iss. 2. – P. 113–122. – doi: 10.1134/S1810232815020022. 11. Boyarschinov B.F., Volchkov E.P., Terekhov V.I. Heat and mass transfer with liquid evaporation into gas flow // Russian Journal of Engineering Thermophysics. – 1991. – Vol. 1, N 1. – P. 93–112. 12. Volchkov E.P., Terekhov V.V., Terekhov V.I. A numerical study of boundary layer heat and mass transfer in a forced convection of humid air with surface steam condensation // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2004. – Vol. 47, iss. 6–7. – P. 1473–1481. – doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2003.09.018. 13. Yan W.M., Lin T.F. Combined heat and mass transfer in laminar forced convection channel flows // International Communications in Heat and Mass Transfer. – 1988. – Vol. 15, iss. 3. – P. 333–343. – doi: 10.1016/0735-1933(88)90034-6. 14. Sheikholeslami R., Watkinson A.P. Rate of evaporation of water into superheated steam and humidified air // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 1992. – Vol. 35, iss. 7. – P. 1743–1751. 15. Shah R.K., London A.L. Laminar flow forced convection in ducts. – New York, USA: Academic Press, 1978. – 476 p. 16. Kays W.M., London A.L. Compact heat exchangers. – 2nd ed. – New York: McGraw-Hill, 1964. – 272 p. 17. Nakoryakov V.E. A note on power engineering in Russia // Journal of Engineering Thermophysics. – 2014. – Vol. 23, iss. 3. – P. 171–172. 18. Zhukov V.I., Pavlenko A.N. Critical phenomena at evaporation in a thin liquid layer at reduced pressure // Journal of Engineering Thermophysics. – 2013. – Vol. 22, iss. 4. – P. 257–287. 19. Haji M., Chow L.C. Experimental measurement of water evaporation rates into air and superheated steam // Journal of Heat Transfer. – 1988. – Vol. 110. – P. 237–242. 20. Горбачев М.В., Кхафаджи Х.К., Терехов В.И. Применение испарительного охлаждения в системах кондиционирования воздуха // Наука. Промышленность. Оборона: труды 16 Всероссийской научно-технической конференции, Новосибирск, 22–24 апреля 2015 г. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. – С. 220–224. 21. Experimental and numerical study of mixed convection heat and mass transfer in a vertical channel with film evaporation / A.S. Cherif, M.A. Kassim, B. Benhamou, S. Harmand, J.P. Corriou, S. Ben Jabrallah // International Journal of Thermal Sciences. – 2011. – Vol. 50, iss. 6. – P. 942–953.
