开式交换塔是由传统空调开式冷却塔改进而来的,空调用开式冷却塔普遍用作蒸发冷却设备,而其逆用作为取热设备,尤其作为热泵的热源有着广阔的应用前景和优势,能实现冷、暖、生活热水三联供。开式交换塔在换热工况下,塔内空气与水进行着复杂的热质交换过程,此过程中对于作为冷却塔的研究比较多,而作为取热的热源的理论研究并不充分。开式交换塔是一种可以从空气中提取热量的设备,并且它还能用于提取工业废气中的低温余热,不仅节能,还能降低对环境的污染。开式交换塔技术的研究是建立在冷却塔研究成果基础上而展开的,目前其理论研究和实际应用的时间均较短,内部传热传质理论的研究还不够完善。鉴于此,本文采用理论分析、数值模拟及实验研究相结合的方法讨论开式交换塔空气与水的热质交换过程及热质耦合换热特性。(1)分析总结热源塔内部传热传质机理。首先对热源塔中空气变化过程进行详细分析,总结出空气可能出现的三种变化过程(升温加湿、降温减湿+降温加湿、降温减湿)。然后综合前人研究的结果,分析归纳出交换塔和冷却塔在潜热传热量、水侧传热热阻、水侧的水流量变化等物理性质的差异。(2)本文对开式交换塔系统性能进行了理论与实验研究,对采用PVC薄膜式填料的开式逆流交换塔进行传热传质性能实验,并对实验数据进行分析处理,得出换热量、进出口温度、空气焓值等随水气比的变化规律;当换热量与换热增加速率乘积达到最大时,即为开式交换塔较理想的水气比,通过对实验数据的处理,得出了开式交换塔散热和吸热工况下较理想的水气比范围。(3)应用FLUENT对开式交换进行数值模拟,建立开式交换塔的物理模型,在填料相应区域加入多孔介质模型,并对其进行了合理的网格划分,继而对其内部热质交换过程进行了三维的数值模拟;通过数值模拟得到了开式交换塔在散热和吸热工况下各自的速度、压力、温度、密度等分布图,并进行了相关的分析。通过对FLUENT模拟结果分析,结合相关的实验数据,可以为工程的实践提供相关参考。(4)结合热力学第一与第二定律分析了开式交换塔的热力综合性能,对开式逆流交换塔的吸热量、显热比、?效率及?损失进行了详细的分析,最后在分析的基础上通过传热单元法,推导计算出开式逆流交换塔运行优化的水气比。