空氣的熱濕處理熱質(zhì)交換與設(shè)備原理.ppt

第四章空氣的熱濕處理 52 1 2020 1 10 內(nèi)容 空氣的熱濕處理途徑 4 1 空氣與固體表面之間的熱濕交換 4 2 空氣與水直接接觸的熱濕交換 4 3 2020 1 10 52 2 4 1空氣的熱濕處理途徑 4 1 1空氣調(diào)節(jié)的幾個(gè)相關(guān)概念 焓濕圖簡介 空氣調(diào)節(jié) 熱舒適 新風(fēng) 回風(fēng) 送風(fēng)狀態(tài) 焓濕圖 夏季工況 冬季工況等 2020 1 10 52 3 以1kg干空氣的濕空氣為基準(zhǔn) 在一定的大氣壓力下 取焓h與比濕度d為坐標(biāo) 圖中有定比濕度 定水蒸氣分壓力 定露點(diǎn)溫度 定焓 定濕球溫度 定干球溫度 定相對濕度各線簇 2020 1 10 52 4 定比濕度線簇 一定壓力下 水蒸氣分壓與比濕度一一對應(yīng) 因此定比濕度線簇也是定水蒸氣分壓力線簇 露點(diǎn)溫度td取決于水蒸氣分壓 因此定比濕度線簇也是定td線簇 52 5 定焓線簇 52 6 定溫 干球溫度 線簇 52 7 定相對濕度線簇 100 時(shí)線實(shí)際上是不同比濕度d下露點(diǎn)的軌跡 0 時(shí)即為干空氣 d 0 即縱坐標(biāo)軸 52 8 水蒸氣分壓力線簇 由于d通常很小 所以pv與d近似成線性 52 9 定濕球溫度線簇 由于d通常很小 濕球溫度也不高 定tw線可近似以定焓線代替 52 10 1 w l o噴淋室噴冷水 或用表面冷卻器 冷卻減濕 加熱器再熱 1 w 2 l o 加熱器預(yù)熱 噴蒸汽加濕 加熱器再熱 夏季 冷卻減濕 冬季 加熱加濕 2 w 1 o 固體吸濕劑減濕 表面冷卻器等濕冷卻 3 w o 液體吸濕劑減濕冷卻 2 w 3 l o 加熱器預(yù)熱 噴淋室絕熱加濕 加熱器再熱 3 w 4 o 加熱器預(yù)熱 噴蒸汽加濕 4 w l o 噴淋室噴熱水加熱加濕 加熱器再熱 5 w 5 l o 加熱器預(yù)熱 一部分噴淋室絕熱加濕 與另一部分未加濕空氣混合 4 1 2空氣熱濕處理的原理和方案 2020 1 10 52 11 4 1 3空氣熱濕處理及設(shè)備 根據(jù)各種熱質(zhì)交換設(shè)備的特點(diǎn)不同分成兩大類 混合式熱質(zhì)交換設(shè)備 包括噴淋室 蒸汽加濕器 局部補(bǔ)充加濕裝置以及使用液體吸濕劑的裝置等 間壁式熱質(zhì)交換設(shè)備 包括光管式和肋管式空氣加熱器及空氣冷卻器等 有的空氣處理設(shè)備如噴水式表面冷卻器則兼有這兩類設(shè)備的特點(diǎn) 2020 1 10 52 12 冷卻降濕是將空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下 從而將其中水蒸氣部分去除的方法 冷卻盤管 凝結(jié)水 c a 濕空氣通過盤管的情況 冷卻除濕時(shí)空氣狀態(tài)變化的i d圖上表示 4 2空氣與固體表面之間的熱濕交換 2020 1 10 52 13 空調(diào)工程中通常通過金屬冷壁面冷卻濕空氣以除掉濕分 使得空氣側(cè)壁面上出現(xiàn)水蒸汽冷凝液在重力作用下的流動 4 2 1濕空氣在冷表面上的冷卻降濕 2020 1 10 52 14 d di 2020 1 10 52 15 d di 空氣側(cè) 忽略水膜和金屬表面的熱阻 冷卻劑的傳熱量有 2020 1 10 52 16 根據(jù)熱平衡可得 對于水 空氣系統(tǒng) 根據(jù)劉伊斯關(guān)系式上式改寫為 濕空氣在冷卻表面進(jìn)行冷卻降濕過程中 濕空氣主流與緊靠水膜的飽和空氣的焓差是熱濕交換的推動力 麥凱爾方程 2020 1 10 52 17 濕空氣在冷卻降濕過程中的過程線斜率 點(diǎn) i tw 與 ii ti 的連接線斜率 根據(jù)熱平衡 空氣側(cè) 2020 1 10 52 18 上式為i與tw之間的工作線斜率 又 濕空氣在冷卻降濕過程中的過程線斜率 點(diǎn) i tw 與 ii ti 連接線斜率 可在i t圖上做出濕空氣在表冷器冷卻減濕過程中的溫度與焓的變化曲線 2020 1 10 52 19 濕空氣冷卻減濕過程示意圖 2020 1 10 52 20 常壓下飽和濕空氣的焓值及其在飽和曲線上的斜率 2020 1 10 52 21 冷卻表面積計(jì)算 2020 1 10 52 22 4 2 2濕空氣在肋片上的冷卻降濕過程 表面式冷卻器往往采用肋片這種擴(kuò)展換熱面的形式來強(qiáng)化冷卻降濕過程中的熱 質(zhì)交換 肋片有直肋和環(huán)肋兩類 直肋和環(huán)肋又都可分為等截面和變截面 等截面直肋示例 2020 1 10 52 23 假定 1 熱 質(zhì)傳遞過程是穩(wěn)定的 2 肋片的導(dǎo)熱系數(shù) 肋根溫度均為定值 3 肋片只有x向?qū)?肋片外的水膜只有y向的導(dǎo)熱 等截面直肋 2020 1 10 52 24 2020 1 10 52 25 肋片微元在 x方向上凈導(dǎo)熱量為 肋片與水膜之間的換熱量為 飽和空氣焓可近似為 微元體上 濕空氣和水膜的總傳熱量為 2020 1 10 52 26 令 2020 1 10 52 27 邊界條件 方程 定義濕肋的肋效率為 其中 濕肋與干肋的肋效率形式相同 將h替換為hmd后可直接引用干肋肋效率圖表 2020 1 10 52 28 空氣與水直接接觸熱質(zhì)交換現(xiàn)象在生產(chǎn)應(yīng)用的許多領(lǐng)域都常見到 如 石油化工電力生產(chǎn)等工業(yè)過程的冷卻塔蒸發(fā)式冷凝器等冷卻設(shè)備民用和工業(yè)空調(diào)系統(tǒng)中的噴淋室 蒸發(fā)冷卻空調(diào)器食品行業(yè)的冷卻干燥過程農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的真空預(yù)冷濕簾降溫和濕冷保鮮技術(shù)等都大量遇到空氣與水的直接接觸熱質(zhì)交換情況 4 3空氣與水直接接觸時(shí)的熱濕交換 2020 1 10 52 29 4 3 1熱濕交換原理 2020 1 10 52 30 水膜表面的空氣與水的熱濕交換過程 2020 1 10 52 31 顯熱交換量 濕交換量 濕交換量也可寫成 潛熱交換量 溫差是熱交換的動力 水蒸氣分壓力差是濕交換的動力 2020 1 10 52 32 總熱交換量 換熱擴(kuò)大系數(shù) 析濕系數(shù) 對于水側(cè) 穩(wěn)定工況時(shí) 空氣側(cè)與水側(cè)換熱量相等 2020 1 10 52 33 4 3 2蒸發(fā)冷卻裝置的特點(diǎn)與工作原理 蒸發(fā)冷卻就是利用水與空氣之間的熱濕交換來實(shí)現(xiàn)的 可分為直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻 直接蒸發(fā)冷卻是指在噴淋室中水與空氣直接接觸 水不斷吸收空氣的熱量進(jìn)行蒸發(fā) 從而使被處理的空氣降溫加濕 直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)工作原理 直接蒸發(fā)空氣處理過程的i d圖表示 as 2020 1 10 52 34 間接蒸發(fā)冷卻的制冷裝置示意圖 間接蒸發(fā)空氣處理過程的i d圖表示 間接蒸發(fā)冷卻過程的核心思想是采用逆流換熱 逆流傳質(zhì)來減少不可逆損失 已得到較低的供冷溫度和較大的供冷量 2020 1 10 52 35 4 3 3與水直接接觸時(shí)空氣的狀態(tài)變化過程 空氣與水接觸時(shí) 水表面形成的飽和空氣邊界層與主流空氣之間 通過分子擴(kuò)散和紊流擴(kuò)散 使邊界層的飽和空氣與主流空氣不斷摻混 從而使主流空氣狀態(tài)發(fā)生變化 為方便分析 假設(shè)全部空氣與水接觸后都能達(dá)到具有水溫的飽和狀態(tài) 即水量無限大 接觸時(shí)間無限長 2020 1 10 52 36 空氣與水直接接觸時(shí)各種過程的特點(diǎn) 2020 1 10 52 37 空氣與水直接接觸的變化過程 水量有限時(shí) 接觸時(shí)間很長 2020 1 10 52 38 4 3 3空氣和水直接接觸時(shí)的對流增濕和減濕 劉伊斯關(guān)系式 如果在空氣與水的熱濕交換過程中存在著劉伊斯關(guān)系式 則 2020 1 10 52 39 上式?jīng)]有考慮水分遷移時(shí)液體熱的轉(zhuǎn)移 同時(shí)以水蒸汽的焓 2500 代替式中的汽化潛熱 將濕空氣的比熱用 1 01 1 84d 代替 有 或 即 麥凱爾方程 表明 熱質(zhì)交換同時(shí)進(jìn)行時(shí) 如劉伊斯關(guān)系成立 則總熱交換的驅(qū)動力是空氣的焓差 2020 1 10 52 40 4 3 4影響空氣與水表面之間熱質(zhì)交換的主要因素 4 3 4 1焓差是總熱交換推動力 對于1kg干空氣 總熱交換量即為焓差 i 2020 1 10 52 41 自然通風(fēng) 機(jī)械通風(fēng) 橫流 逆流 冷卻塔的型式 2020 1 10 52 42 1 當(dāng)空氣與水直接接觸時(shí) 從空氣側(cè)分析 總熱流 熱流方向以空氣初狀態(tài)濕球溫度ts1為界 顯熱 熱流方向以空氣初狀態(tài)干球溫度t1為界 tl1 ts1 t1 i t o 潛熱 顯熱 總熱 2020 1 10 52 43 潛熱 熱流方向以空氣初狀態(tài)露點(diǎn)溫度tl1為界 tl1 ts1 t1 i t o 潛熱 顯熱 總熱 2020 1 10 52 44 2 當(dāng)空氣與水直接接觸時(shí) 從水側(cè)分析 水冷卻的極限溫度是空氣濕球溫度ts1 空氣和水的初狀態(tài)決定了總熱流方向 決定過程的進(jìn)行 i 2020 1 10 52 45 4 3 4 2氣液之間的雙膜阻力是熱質(zhì)交換的控制因素 焓差推動力與溫差推動力之比 與雙膜阻力之比成正比 膜阻力越大 所需推動力越大 影響雙膜阻力的因素也是影響熱質(zhì)交換的因素 1 空氣流動對氣膜阻力的影響 空氣質(zhì)量流速v 增大 則氣膜減薄 膜阻減小 h和hmd增大 過大 則氣水接觸時(shí)間短 且流動阻力大 氣流攜帶水量大 不易捕捉 由式 4 3 2020 1 10 52 46 2 液滴大小對水膜阻力的影響 小水滴 水滴內(nèi)部停滯 熱質(zhì)傳遞主要靠分子擴(kuò)散 水膜阻力大 中水滴 內(nèi)部有層流內(nèi)循環(huán) 提高了傳質(zhì)速率 降低了水膜阻力 大水滴 會發(fā)生變形 內(nèi)部有較強(qiáng)烈混合 水滴有振蕩 水膜阻力進(jìn)一步降低 水滴小 沉降速度慢 氣水接觸時(shí)間長 且比表面積大 利于熱質(zhì)交換 但太小易被氣流帶走 2020 1 10 52 47 3 淋水裝置填料材料和結(jié)構(gòu)對熱質(zhì)交換也有較大影響 一般的 氣水逆流時(shí) 水氣比 應(yīng)較大 氣水順流時(shí) 水氣比 應(yīng)較小 4 水氣比 的影響 2020 1 10 52 48 4 3 4 3間接接觸的表冷器深度 管排數(shù) 對熱質(zhì)交換的影響 若空氣及冷卻劑流速一定 且冷卻劑溫度tw給定 則上式右側(cè)為定值 此時(shí)表冷器表面溫度tb只是空氣焓i的函數(shù) 空氣冷卻干燥過程為減焓過程 因此表冷器表面溫度沿氣流方向降低 即后