20世紀80年代以來,隨著數值分析以及計算機的廣泛應用,數值傳熱學正在受到重視,諸多學者針對某些具體蒸發式冷卻過程及設備建立了數學模型,并與實驗研究進行了有機的結合。
1 988年,Peterson D等人綜述了蒸發換熱設備的數學模型發展過程,指出了各個文獻間的矛盾和不統一性,在修正Park和Treybal分析方法的基礎上建立了蒸發式冷凝器的簡單直觀分析模型。
1993年,波蘭VVojeiech Zalewski給出了蒸發式冷凝器一種新的傳熱傳質模型,由4個偏微分方程組成,根據此模型撰寫了適用于光管蒸發式冷凝器的計算機程序,計算結果與試驗結果比較,其誤差平均在3%,其中誤差較大也不很過20%。
1 995年,張旭和陳沛霖進行了直接蒸發冷卻過程的不可逆熱動力學分析,建立了把實 際過程抽象成空氣縱掠濕平板發生傳熱傳質過程的物理模型及過程熱動力學特性的數學模型。它是一個由熵產率方程、能量方程和質量方程構成的微分方程組,為提高熱質交換設備 的熱力完善度提供了理論依據。
1997年,波蘭Wojeiech Zalewski等人建立了水一空氣逆流的蒸發式冷卻傳熱傳質過程模型,并對換熱面結構進行了幾何修正。模型與實驗結果吻合良好,且在引入新的傳質系數關聯式后可得到更好的吻合。
1997年,蔣常建等人對橫流式蒸發冷卻器進行了熱力分析,基于逆流式的熱質交換模型提出了一種準三維的計算方法,定義了傳遞單元數NTU和有效度,在建立數學模型 的基礎上,編寫了計算程序。結果表明,在一定程度上真實地反映了工藝流體、噴淋水溫和 空氣焓值的分布。
1 998年,克羅地亞Boris Halasz以熱力學角度出發,以能量、動量及質量平衡為基礎,通過對蒸發式冷凝器內傳熱傳質及流動阻力的分析,給出了當今所有類型的蒸發式冷卻裝置通用的數學模型,它包括了冷卻塔、蒸發式冷凝器、蒸發式流體冷卻器及空氣凈化除濕等 裝置。
1999年,英國G.Gan,S.B.Riffat首次利用CFD技術進行了閉式冷卻塔氣液兩相流的數值模擬,氣流相采用歐拉方法,液滴相采用拉格朗日方法,并進行兩相耦合。結果表明,CFD模擬可以很好地模擬閉式冷卻塔的熱力性能,對優化設計和操作有很大作用。
2002年,白俄羅斯Brin等人建立了強制通風的蒸發傳熱傳質過程模型。在模型中考察了水膜、水滴及空氣流的速度、溫度及濕度對熱效率的影響,并對水一空氣界面的動力學進行了初步探討。
2002年,新加坡M.N.A.Hawlader和B.M.Liu建立了控制自然通風蒸發冷卻塔內流動、質量、能量方程的數學和物理模型,考察了氣流中液滴的非球型效應和傳熱傳質過程。數值模擬的出口水溫與測試值僅相差0.26度。模擬結果也表明,主要的熱量傳遞發生在填料區,但填料區熱量83%靠蒸發潛熱,而液滴區90%的熱量靠蒸發潛熱。
2004年,法國Pascal Stabat和Dominique Marchio提出了閉式冷卻塔(蒸發式冷卻器) 的簡化模型。該模型基于Merkel理論,用有效單元數法描述,僅引入空氣側和水側傳熱系 數作為模型參數。結果表明,可以用來評測不同操作參數,如濕球溫度及空氣流量下設備的能量和水耗情況。
2004年,比利時J Lebrun等人,基于Me:ikel理論提出了直接式、間接式冷卻塔和蒸發式冷凝器傳熱傳質過程的簡化模型,表明對于蒸發式換熱設備可以應用統一的理論分析。并討論了水流和空氣流影響下總傳熱系數和流體熱阻的計算。
2004年,華南理工大學對板片式蒸發式冷凝器的傳熱特性進行了CFD數值模擬,主要利用Fluent軟件對板片壁面水膜蒸發過程、板問水膜和空氣流動特性及組分比例進行了模擬研究。
2005年,西班牙Kaise建立了一個冷卻塔的數值模型,分析了對自然及強制通風冷卻塔的基本方程及邊界條件,探討了數值模擬在蒸發式冷卻過程的可行性。
2005年,武漢理工大學進行了“節水型蒸發式空冷器有關參數的優化研究”,編寫了設計計算程序。
2005年,唐偉杰和張旭在分析大型工業用蒸發式冷卻器穩態換熱模型的基礎上,針對管內工作介質無相變的過程,利用四階龍格一庫塔法編制了穩態仿真程序,進行設計計算以及設備內部流體溫度或焓值分布的模擬計算,并分析了配風量和配水量對換熱面積的影響。較后利用該仿真程序提出了全年運行的蒸發式冷卻器配風量的調節方案,達到了節約設備能 耗的目的。
2006年,沙特Bilal A.Qureshi等人綜述并研究了蒸發式冷凝器數學模型,并將污垢模型綜合在內進行了性能評估。
2006年,湖南大學Chengqin Ren和香港大學Hongxing Yang研究了順流/逆流間接蒸發冷卻傳熱傳質耦合過程的分析模型。利用一維偏微分方程,在不限制路易斯數Le和潤濕率為固定值的前提下,考察了水膜蒸發效應及沿管壁參數變化,較終值分析結果與數值積分值達到了很好的符合。