Low-Temperature Evaporative Air Coolers. Development and Analysis of Opportunities / Răcitoare de aer cu temperatura scăzută de evaporare / Низкотемпературные испарительные воздухоохладители. Разработка и анализ возможностей

• Published in: Problems of the regional energetics Vol. 2018; no. 3
• Main Authors: Goncharenko, A S, Khalak, V F, Antonova, A R, Doroshenko, A V
• Format: Journal Article
• Language: English; Romanian; Russian
• Published: Chişinău Institute of Power Engineering 01.01.2018
• Subjects: Air flow; Chillers; Coolers; Cooling; Dew point; Evaporation; Evaporative cooling; Evaporators; Hazards; Heat transfer; Low temperature; Mass transfer; Moisture content; Nozzles; Scientific papers; Wetting
• ISSN: 1857-0070
• DOI: 10.5281/zenodo.2222367

The purpose of the study is to develop and conduct a cycle of theoretical and experimental studies of low-temperature evaporative air coolers. The developed circuit solutions of the coolers ensure the reduction of the evaporative cooling limit from the temperature of the wet thermometer to the dew point temperature of the incoming air flow. The analysis of the fundamental capabilities of low-temperature air coolers are made taking into account modern solutions (patents) and publications in leading foreign scientific journals. The scientific novelty of the research consists in analyzing of the state of the air flow within the nozzle of the evaporative cooler. For the first time, the authors conducted studies taking into account the danger of “recondensation” of the processes of joint heat and mass transfer in an indirect type evaporative air cooler - a chiller, which provides an opportunity to analyze the state of the main and auxiliary air flows in the evaporative air cooler depending on the ratio of gas and liquid flows and initial parameters (temperature and moisture content) of the external air. A series of experimental studies of hydrodynamic processes and joint heat and mass transfer is developed, including the problem of stability and determination of the fluid “delay” in the packed layer, which allows determining the actual wetting of the packed surface, what is principally important when switching to multi-channel packing structures made of polymeric materials. On the basis of the obtained results, the analysis of the basic capabilities of low-temperature air coolers - chillers was carried out. The goal of reducing the limit of evaporative cooling is achieved by using new solutions, which allows to expand the area of practical use of evaporative cooling methods, for example, the use Scopul lucrării constă în dezvoltarea și efectuarea cercetărilor teoretice și experimentale ale răcitoarelor de aer cu temperatură scăzută de evaporare. Aceasta asigură reducerea limitei de răcire prin evaporare de la temperatura termometrului umed până la temperatura punctului de rouă a fluxului aerului intrare. Noutatea științifică constă în analizarea modificării stării debitului de aer în duza răcitorului evaporator prin simularea proceselor comune de transfer de masă și căldură în evaporatorul răcitor. Aceasta oferă oportunitatea analizei fluxurilor principal și auxiliar în răcitorul de aer în funcție de raportul fluxurilor de gaz și lichid și valorile parametrilor inițiali (tempeartură și umeditate) a aerului exterior. Cercetările experimentale ale proceselor hidrodinamice și transferului comun de căldură și masă au permis studierea stabilității și determinarea "întârzierii" fluidului în stratul de duză, care permite estimarea umectabilitâții reale a suprafeței stratului duzei, ce este foarte important pentru promovarea structurilor multi-canalede de duze din materiale polimerice. S-au analizat caracteristicile de bază ale răcitoarelor de aer cu temperatură joasă -cillere, incluzând prifunzimea de răcire realizabilă a debitului de aer și gradul de apropiere a temperaturii fluxului principal de aer către temperatura punctului de rouă a aerului exterior, precum și pericolul de "reccondensare" în fluxul auxiliar de aer din stratul de duze al răcitorului de aer la temperatură joasă. Reducerea limitei de răcire prin evaporare urmare a utilizării de noi soluții extinde zona de utilizare practică a metodelor de răcire prin evaporare. utilizarea răcitoarelor de aer - cillere asigură atingerea parametrilor de confort a aerului fără utilizarea tehnologiei tradiționale de compresie a vaporilor. Цель исследования состоит в разработке и проведении цикла теоретических и экспериментальных исследований низкотемпературных испарительных воздухоохладителей. Разработанные схемные решения обеспечивают снижение предела испарительного охлаждения от температуры мокрого термометра до температуры точки росы поступающего воздушного потока. Анализ принципиальных возможностей низкотемпературных воздухоохладителей выполнены с учетом современных решений (патентов) и публикаций в ведущих зарубежных научных изданиях. Научная новизна исследования состоит в анализе состояния основного и вспомогательного воздушных потоков в испарительном воздухоохладителе в зависимости от соотношения потоков газа и жидкости и начальных параметров (температуры и влагосодержания) наружного воздуха. Выполнен цикл экспериментальных исследований процессов гидроаэродинамики и совместного тепломассообмена в низкотемпературных воздухоохладителях, включая проблему устойчивости и определение величины «задержки» жидкости в насадочном слое, которая позволяет определить реальную смоченность поверхности насадочного слоя, что принципиально важно при переходе на многоканальные насадочные структуры из полимерных материалов. На основе полученных результатов выполнен анализ принципиальных возможностей низкотемпературных воздухоохладителей – чиллеров, включая достигаемую глубину охлаждения воздушных потоков и степень приближения температуры основного воздушного потока к температуре точки росы наружного воздуха, а также опасность «реконденсации» во вспомогательном воздушном потоке при его полном насыщении еще до выхода из насадочного слоя низкотемпературного воздухоохладителя. Поставленная цель снижения предела испарительного охлаждения позволяет расширить область практического использования методов испарительного охлаждения, например, использование воздухоохладителей - чиллеров обеспечивает достижение параметров комфортности воздуха в системе кондиционирования без привлечения традиционной парокомпрессионной техники. Эта цель достигается путем использования части охлажденной воды для предварительного охлаждения поступающего воздушного потока при его неизменном влагосодержании.