论文摘要:

蒸发降温是农业建筑夏季生产环境控制中一项很有利用前景的实用技术，具有效果显著、省能、经济、可靠性高等优点，已得到广泛应用。但现有蒸发降温方式均存在各种不足，还不能很好满足实际生产的需求，因此对其进行改进或研究开发新的蒸发降温技术具有重要的现实意义。沸腾炉式集中雾化降温系统就是这样一种新的尝试，其特点是在建筑的进风口处集中设置喷雾装置，室外的空气经过喷雾降温后进入室内，并首次提出有意识地利用雾滴悬浮现象增强雾滴与气流的热、质交换过程这一创新的构想，依靠上升气流对下落雾滴托升的作用，延长雾滴与气流的接触时间，提高装置的降温效果。与在室内直接喷雾的细雾降温方式相比，集中雾化降温对雾化设备无特殊过高的要求，可避免雾滴淋湿室内动植物与地面，降温效率高，运行可靠。在本文课题的研究工作中，作者在分析了沸腾炉式集中雾化降温系统工作原理与工作过程的基础上，研究开发了集中雾化降温试验台和实用装置，进行了系统的试验。从降温装置的合理方案、系统的性能与实用效果、影响系统性能的因素等方面进行了研究。

1）雾化喷嘴是对集中雾化降温装置性能有着直接影响的关键部件。本文研究了几种液力式空心圆锥雾喷嘴和扇形雾喷嘴，测定和分析了在不同喷雾压力下雾滴的粒度分布、雾体形状、喷水量及防堵性等性能及其对装置性能的影响。对喷嘴的雾滴粒度分布规律采用χ2假设检验分析的方法进行了研究，结果表明，雾滴粒度的数量分布一般服从对数正态分布或贯山-棚泽分布规律，而雾滴粒度的质量分布则服从正态分布或Rosin-Rammler分布规律。在对喷嘴性能分析结果的基础上，选择了适用于集中雾化降温装置的喷嘴。

2）从雾滴悬浮速度这一概念出发，对沸腾炉式集中雾化降温系统利用雾滴悬浮现象增强装置蒸发降温效果的原理进行了理论分析，在此基础上提出集中雾化降温装置的设计和试验方案。首先建成试验台进行了降温模拟试验，达到了良好的降温效果。在合理的运行参数下，降温效率可达到80％以上。与空调领域类似的卧式喷水室相比，在相同水气比的情况下降温效率平均高约15％。

3）根据试验结果和分析，装置的结构与形状尺寸、喷嘴的性能、装置的运行参数（水气比、雾化室内的气流速度、喷雾压力）等为影响装置降温性能的主要因素。合理的装置结构与形状尺寸、采用雾滴粒度小和雾化角小的喷嘴、增大水气比与喷雾压力均可提高装置的降温性能，其中，水气比的大小对于装置的降温效率和装置的运行耗能具有显著的影响，是集中雾化降温系统的重要运行参数．对于雾化室气流速度，当其在多数雾滴的悬浮速度范围内时，装置具有较高的降温效率，高于此范围时降温效率有所降低。本文经过对试验数据的多元回归分析，针对不同喷嘴，得出了装置降温效率与水气比、雾化室气流速度及喷雾压力之间用经验公式表达的函数关系，可作为集中雾化降温系统设计时的依据。文中并提出了各因素的适宜的选择范围。

4）集中雾化降温装置的通风阻力损失根据装置的构造、装置内空气的流通路线的不同和是否采用挡水栅、以及装置运行参数的不同而有较大的变化范围。可分为装置气流流道、挡水栅和有喷雾产生的阻力损失三部分，根据试验数据对各部分的大小和影响因素进行了分析。在较宽范围的试验条件下，总阻力损失的变化范围为3~85Pa，但在一般合理的装置运行参数选择下，其值要小得多。

5）在实际生产条件下进行了集中雾化降温系统的应用试验。实用装置在构造上进行了改进，雾化室内部采用从气流进口至出口逐步扩大的构造，形成有利于较宽粒径范围的雾滴悬浮的气流场，延长尽可能多数的雾滴与气流的接触时间，增加热、质交换量，获得了良好的效果。采用该系统的温室在夏季晴朗天气下，室内平均气温降低到比室外低2~5。5℃，比单纯采用机械通风时降低4~7。5℃，室内温度分布较为均匀。装置运行期间室内相对湿度为70~95％。

6）在实验结果的基础上，对集中雾化降温装置中雾滴运动及与气流的热、质交换过程进行了理论分析。研究了在垂直向上流动的气流场中，雾滴的下落时间、下落高度与水平运动距离等问题，采用级数展开的方法解决了微分方程的求解，得到了各流动区均用解析形式表达的分析结果，给集中雾化降温装置结构设计中合理确定雾化室高度与宽度等问题提供了理论上的依据和便于应用的计算方法。

分析研究了细雾滴在气流中的运动及蒸发过程，采用级数展开的方法求解微分方程，得出了细雾滴在气流中的下落距离与粒径随时间变化的解析形式表达的关系式，提出了便于应用的细雾滴在气流中的蒸发时间与下落高度的计算方法，这一方法对于其它有关雾滴蒸发问题的研究领域均具有实用意义。在此基础上提出了集中雾化降温装置出口的设计控制条件。

7）本文针对沸腾炉式集中雾化降温系统，提出了考虑雾滴粒度分布规律的一维-三维部分双向作用的数学模型。采用以Runge-Kutta法求解非线性微分方程组为基础的数值模拟方法，对集中雾化降温装置中的雾滴运动与热、质交换过程进行了计算机数值模拟，获得了与实测情况较为一致的结果。该数学模型经过进一步完善和更广泛的验证，可以成为沸腾炉式集中雾化降温系统研究和优化设计的有效手段。论文中根据数值模拟的结果对降温装置中的雾滴运动与热、质交换过程进行了进一步的分析。 8）集中雾化降温装置还存在出口气流中夹带雾滴等问题，采用挡水栅虽然能很好地挡除雾滴，但将增大装置的通风阻力损失，增加材料消耗与装置成本。尚有待研究解决这一问题的更经济有效的措施。

本文还对集中雾化降温系统今后的改进和研究方向提供了若干建议。