41、交错管束循环水冷却塔的多尺度随机优化与降阶模型构建

交错管束循环水冷却塔的多尺度随机优化与降阶模型构建

在工业冷却系统中，循环水冷却塔（CWCT）起着至关重要的作用。本文将深入探讨交错管束 CWCT 的多样本 CFD 模拟、降阶模型构建以及相关的优化问题。

1. 多样本 CFD 模拟

交错管束 CWCT 的实验装置主要由管束、除雾器、风机、泵和水箱组成。喷雾水从水箱抽出，均匀分配到塔顶的喷嘴，流经交错管束后返回水箱。空气从底部向上流动，依次穿过百叶窗、管束外部和除雾器，最后在引风机的抽吸下排出塔外。热循环水从左侧流入 CWCT，经过交错管束后返回锅炉。

在 CWCT 中，水膜的传热传质过程主要由逆流喷雾水和环境空气的共同作用维持。一小部分喷雾水由于蒸发与上升气流一起扩散，其余离开水膜的部分被收集在水箱中，最后通过喷雾泵返回塔顶喷嘴。因此，循环水依靠水膜蒸发实现所需的冷却目标，如温度下降和散热。

为简化计算，做出以下假设：
1. 盘管外壁无滑移。
2. 循环水和进气均为不可压缩流体。
3. 盘管表面均匀覆盖水膜，气流和喷雾水在整个塔内均匀分布。
4. 水膜温度等于循环水的平均温度。
5. 忽略塔与周围环境之间的热辐射。

为了获得用于降阶模型（ROM）开发的数据集，使用 FLUENT 软件对每个样本求解 CWCT 的离散化偏微分代数方程（PDAEs）。具体步骤如下：
1. 几何建模 ：使用 Design Modeler 软件根据标准直径和长度绘制管束截面的几何模型。
2. 网格划分 ：使用 Meshing 软件对生成的初步草图进行网格划分，细化管壁附近