第七章 混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算

1、第第7章章 混合式熱質(zhì)交換混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算設(shè)備的熱工計(jì)算7.1混合式換熱器的形式與結(jié)構(gòu)；混合式換熱器的形式與結(jié)構(gòu)；7.2影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換效果的主要影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換效果的主要因素因素7.3混合式設(shè)備發(fā)生熱質(zhì)交換的特點(diǎn)混合式設(shè)備發(fā)生熱質(zhì)交換的特點(diǎn)7.4噴淋室的熱工計(jì)算噴淋室的熱工計(jì)算7.5冷卻塔的熱工計(jì)算冷卻塔的熱工計(jì)算7.6其他混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算其他混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算噴淋室噴淋室蒸汽噴射泵蒸汽噴射泵直接接觸式（混合式）：直接接觸式（混合式）：冷卻塔冷卻塔直接接觸式（混合式）：直接接觸式（混合式）：加濕器加濕器直接接觸式（混合式）：直接接觸式（混合式）：

2、熱力除氧器熱力除氧器直接接觸式（混合式）：直接接觸式（混合式）：7.1混合式換熱器的形式與結(jié)構(gòu)混合式換熱器的形式與結(jié)構(gòu)l冷卻塔(或稱冷水塔) l氣體洗滌塔(或稱洗滌塔) l噴射式熱交換器 l混合式冷凝器 共同優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，消耗材料少，接觸面共同優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，消耗材料少，接觸面大，并因直接接觸而有可能使得熱量的利用比大，并因直接接觸而有可能使得熱量的利用比較完全。較完全。 1）噴淋室的類型和構(gòu)造）噴淋室的類型和構(gòu)造 噴淋室的構(gòu)造噴淋室的構(gòu)造l組成組成：前擋水板、后擋水板、噴嘴、底池、管：前擋水板、后擋水板、噴嘴、底池、管道、防水照明燈、密閉檢查門等。道、防水照明燈、密閉檢查門等。l擋水板作用

3、：擋水板作用：擋住飛濺出來的水滴；擋住飛濺出來的水滴； 使進(jìn)風(fēng)均勻流動(dòng)。使進(jìn)風(fēng)均勻流動(dòng)。l底池和四種管道相通：底池和四種管道相通：l循環(huán)水管：循環(huán)水管：6-7-9-10l溢水管：溢水管：14l補(bǔ)水管：補(bǔ)水管：11l泄水管：泄水管：15噴淋室的類型噴淋室的類型l臥式、立式臥式、立式l單級(jí)、雙級(jí)單級(jí)、雙級(jí)l低速、高速低速、高速l帶旁通的噴水室?guī)酝ǖ膰娝襩帶填料層的噴水室?guī)盍蠈拥膰娝覈娏苁业念愋蛧娏苁业念愋?）冷卻塔的類型與結(jié)構(gòu)）冷卻塔的類型與結(jié)構(gòu)l類型類型l水是否與空氣直接接觸：干式、濕式水是否與空氣直接接觸：干式、濕式l開放式：自然對(duì)流，受風(fēng)力、風(fēng)向影響開放式：自然對(duì)流，受風(fēng)力、風(fēng)向影響

4、l風(fēng)筒式：自然對(duì)流，效果穩(wěn)定風(fēng)筒式：自然對(duì)流，效果穩(wěn)定l機(jī)械通風(fēng)式：受迫對(duì)流，冷卻效果好，穩(wěn)定可靠機(jī)械通風(fēng)式：受迫對(duì)流，冷卻效果好，穩(wěn)定可靠冷卻塔的類型冷卻塔的類型冷卻塔的構(gòu)造冷卻塔的構(gòu)造 l淋水裝置（填料）淋水裝置（填料） ：將進(jìn)水盡可能形成細(xì)?。簩⑦M(jìn)水盡可能形成細(xì)小的水滴或水膜，增加水氣接觸面積，延長接觸的水滴或水膜，增加水氣接觸面積，延長接觸時(shí)間，增進(jìn)熱質(zhì)交換。分為點(diǎn)滴式、薄膜式及時(shí)間，增進(jìn)熱質(zhì)交換。分為點(diǎn)滴式、薄膜式及點(diǎn)滴薄膜式點(diǎn)滴薄膜式 。l配水系統(tǒng)配水系統(tǒng) ：將熱水均勻地分配到整個(gè)淋水面將熱水均勻地分配到整個(gè)淋水面積上，從而使淋水裝置發(fā)揮最大的冷卻能力。積上，從而使淋水裝置發(fā)揮最大

5、的冷卻能力。由水槽、管嘴及濺水碟組成由水槽、管嘴及濺水碟組成 。有槽式、管式。有槽式、管式和池式。和池式。l通風(fēng)筒通風(fēng)筒 ：冷卻塔的外殼，：冷卻塔的外殼， 氣流的通道。氣流的通道。 7.2影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換效果的影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換效果的主要因素主要因素l空氣與水之間的焓差；空氣與水之間的焓差；l空氣的流動(dòng)狀況（空氣的流動(dòng)狀況（v）；l水滴大??；水滴大?。籰水氣比（水氣比（）；）；l設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性l冷卻塔：填料的形式、面積、形狀及材料等冷卻塔：填料的形式、面積、形狀及材料等l噴淋室：噴嘴排數(shù)、噴嘴密度、噴水方向、排管間噴淋室：噴嘴排數(shù)、噴嘴密度、噴水方向、排管間距、噴嘴孔徑

6、、空氣和水的初參數(shù)。距、噴嘴孔徑、空氣和水的初參數(shù)。7.3噴淋室熱質(zhì)交換的特點(diǎn)噴淋室熱質(zhì)交換的特點(diǎn)l既有熱量交換，又有質(zhì)量交換；既有熱量交換，又有質(zhì)量交換；l既有顯熱交換，又有潛熱交換；既有顯熱交換，又有潛熱交換；l噴水量總是有限的，空氣與水的接觸時(shí)間也不噴水量總是有限的，空氣與水的接觸時(shí)間也不可能很長，所以空氣狀態(tài)和水溫都是不斷變化可能很長，所以空氣狀態(tài)和水溫都是不斷變化的的 ，而且空氣的終狀態(tài)也很難達(dá)到飽和。，而且空氣的終狀態(tài)也很難達(dá)到飽和。 l在焓在焓-濕濕(i-d)圖上，實(shí)際的空氣狀態(tài)變化過程圖上，實(shí)際的空氣狀態(tài)變化過程并不是一條直線，而是曲線。并不是一條直線，而是曲線。 l在實(shí)際工作

7、中，用連接空氣初、終狀態(tài)點(diǎn)的直在實(shí)際工作中，用連接空氣初、終狀態(tài)點(diǎn)的直線來表示空氣狀態(tài)的變化過程。線來表示空氣狀態(tài)的變化過程。 7.3冷卻塔熱質(zhì)交換的特點(diǎn)冷卻塔熱質(zhì)交換的特點(diǎn)l冷卻塔內(nèi)水的降溫主要是由于水的蒸發(fā)換熱和冷卻塔內(nèi)水的降溫主要是由于水的蒸發(fā)換熱和氣水之間的接觸傳熱。氣水之間的接觸傳熱。 l蒸發(fā)所消耗的熱量蒸發(fā)所消耗的熱量Q總是由水傳給空氣。總是由水傳給空氣。l水和空氣溫度不等導(dǎo)致的接觸傳熱水和空氣溫度不等導(dǎo)致的接觸傳熱Q的熱流的熱流方向可從空氣流向水，也可從水流向空氣方向可從空氣流向水，也可從水流向空氣 。l當(dāng)水溫高于氣溫時(shí)，當(dāng)水溫高于氣溫時(shí)， Q=Q+Q l當(dāng)水溫等于氣溫時(shí)，當(dāng)水溫

8、等于氣溫時(shí)， Q=Q l當(dāng)水溫低于氣溫時(shí)，當(dāng)水溫低于氣溫時(shí)， Q=Q-Q l冷卻極限與空氣的濕球溫度近似相等冷卻極限與空氣的濕球溫度近似相等 。7.3混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算算1. 噴淋室的熱交換效率系數(shù)和接觸系數(shù)噴淋室的熱交換效率系數(shù)和接觸系數(shù)噴淋室的熱交換效率系數(shù)噴淋室的熱交換效率系數(shù)1 （同時(shí)考慮空氣和水的狀態(tài)變化）（同時(shí)考慮空氣和水的狀態(tài)變化）說明：說明：t ts2s2與與t tw2w2的差值越大，說的差值越大，說明熱濕交換越不完善，明熱濕交換越不完善，1 1越小。越小。噴淋室的接觸系數(shù)噴淋室的接觸系數(shù)2 （只考慮空氣狀態(tài)變化的（只考慮空氣狀態(tài)變化的 ）噴

9、淋室與表冷器理想過程不同：噴淋室與表冷器理想過程不同：l表冷器表冷器l實(shí)際過程實(shí)際過程：水量有限，接觸時(shí)間有限；：水量有限，接觸時(shí)間有限；l理想過程理想過程：水量無限，接觸時(shí)間無限；空氣終溫等：水量無限，接觸時(shí)間無限；空氣終溫等于水初溫；于水初溫；l噴淋室噴淋室l實(shí)際過程實(shí)際過程：水量有限，接觸時(shí)間有限；：水量有限，接觸時(shí)間有限；l理想過程理想過程：水量有限，接觸時(shí)間無限；空氣終溫不：水量有限，接觸時(shí)間無限；空氣終溫不等于水初溫；等于水初溫；l假想過程假想過程：水量無限，接觸時(shí)間無限；：水量無限，接觸時(shí)間無限；特例：絕熱加濕過程特例：絕熱加濕過程在這種情況下，在這種情況下，1已無意義，所以噴淋

10、已無意義，所以噴淋室的熱交換效果只能室的熱交換效果只能用表示空氣狀態(tài)變化用表示空氣狀態(tài)變化完善程度的完善程度的2來表示來表示 2.噴淋室的熱交換效率系數(shù)和接噴淋室的熱交換效率系數(shù)和接觸系數(shù)的實(shí)驗(yàn)公式觸系數(shù)的實(shí)驗(yàn)公式 實(shí)驗(yàn)條件：實(shí)驗(yàn)條件：離心噴嘴；噴嘴密度為離心噴嘴；噴嘴密度為13個(gè)個(gè)/m2排；排；v 1.53.0kg/（m2s）；噴嘴前水壓）；噴嘴前水壓1.02.5atm3.噴淋室的設(shè)計(jì)計(jì)算噴淋室的設(shè)計(jì)計(jì)算 （雙效率法（雙效率法 ）計(jì)算類型計(jì)算類型 已知條件已知條件求解內(nèi)容求解內(nèi)容設(shè)計(jì)性計(jì)設(shè)計(jì)性計(jì)算算空氣量空氣量G空氣初狀態(tài)空氣初狀態(tài)t1，ts1（i1.）空氣終狀態(tài)空氣終狀態(tài)t2，ts2（i2

11、.）噴淋室結(jié)構(gòu)，噴水噴淋室結(jié)構(gòu)，噴水量量W冷水初、終溫冷水初、終溫tw1，tw2校核性計(jì)校核性計(jì)算算空氣量空氣量G空氣初參數(shù)空氣初參數(shù)t1，ts1（i1.）噴淋室結(jié)構(gòu)噴淋室結(jié)構(gòu)噴水量噴水量W，冷水初溫，冷水初溫tw1空氣終參數(shù)空氣終參數(shù)t2，ts2（i2.）冷水終溫冷水終溫tw2噴淋室計(jì)算的主要原則噴淋室計(jì)算的主要原則 噴淋室的設(shè)計(jì)計(jì)算方法噴淋室的設(shè)計(jì)計(jì)算方法 (1)計(jì)算用方程組計(jì)算用方程組 引入空氣的焓與濕球溫度的比值引入空氣的焓與濕球溫度的比值 說明說明：1.值取決于濕球溫度本身和大氣壓力；值取決于濕球溫度本身和大氣壓力； 2.在空調(diào)常用范圍內(nèi)，在空調(diào)常用范圍內(nèi)， 查表查表5-4。 (2)

12、循環(huán)水量循環(huán)水量Wx的確定的確定221whllctWGictWGihlWW )()(221lwlttcWiiG)()(221lwlttciiGW即lxWWWGW(3)噴淋室的阻力計(jì)算噴淋室的阻力計(jì)算 1)前后擋水板的阻力前后擋水板的阻力 2)噴嘴排管阻力噴嘴排管阻力 3)水苗阻力水苗阻力 噴淋室的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：噴淋室的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：【例例7-1】1)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用噴淋室結(jié)構(gòu)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用噴淋室結(jié)構(gòu)。 2)根據(jù)空氣的初參數(shù)和處理要求可得需要的噴淋室接觸根據(jù)空氣的初參數(shù)和處理要求可得需要的噴淋室接觸系數(shù)及總噴水量。系數(shù)及總噴水量。3)由附錄由附錄5-8查出相應(yīng)的噴淋室的查出相應(yīng)的噴淋室的1實(shí)驗(yàn)公式，

13、并列出實(shí)驗(yàn)公式，并列出方程方程 。4)根據(jù)熱平衡方程式根據(jù)熱平衡方程式(5-83)，將已知數(shù)代人，將已知數(shù)代人 。5)聯(lián)立解方程式求出水的初溫和終溫。聯(lián)立解方程式求出水的初溫和終溫。6)求噴嘴前水壓。求噴嘴前水壓。7)求冷凍水量及循環(huán)水量。求冷凍水量及循環(huán)水量。 8)阻力計(jì)算。阻力計(jì)算。 噴淋室的校核計(jì)算噴淋室的校核計(jì)算 如果水初溫偏高一些如果水初溫偏高一些(不是比計(jì)算值偏高很多不是比計(jì)算值偏高很多)，但是將水量加大一些，也可達(dá)到同樣的處理效但是將水量加大一些，也可達(dá)到同樣的處理效果。即在一定范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)馗淖儑娝疁囟炔⑾喙＜丛谝欢ǚ秶鷥?nèi)適當(dāng)?shù)馗淖儑娝疁囟炔⑾鄳?yīng)地改變噴水系數(shù)，確實(shí)可以達(dá)到同樣

14、的處理應(yīng)地改變噴水系數(shù)，確實(shí)可以達(dá)到同樣的處理效果。效果。 【例例7-2】AdZiihdQmd) ( 四、冷卻塔的熱工計(jì)算四、冷卻塔的熱工計(jì)算 (焓差法焓差法 )Merkel方程：方程：tdW)c(Wdtctdt)-(W-dW)Wc(tdQ熱平衡方程：熱平衡方程：水側(cè)：水側(cè)：空氣側(cè)：空氣側(cè)：GdidQ KcWdtGdictdWcWdttdW)c(WdtGdi)1 ()(2112ttKGcWii對(duì)全塔積分：對(duì)全塔積分：綜合各式可得綜合各式可得KcWdtAdZiihmd/) (分離變量并積分：分離變量并積分：WAZhdZWAhiidtKcmdzmdtt012 12 ttiidtKcN冷卻數(shù)：冷卻數(shù)

15、：WAZhNmd特性數(shù)：特性數(shù)：WAZhNmd兩段公式7-31簡(jiǎn)化查特性曲線圖l冷卻數(shù)冷卻數(shù)N表示水溫從表示水溫從t1降到降到t2所需的特征數(shù)數(shù)值，所需的特征數(shù)數(shù)值，代表冷卻負(fù)荷的大小。代表冷卻負(fù)荷的大小。lN與外部空氣參數(shù)有關(guān)，而與冷卻塔的構(gòu)造和與外部空氣參數(shù)有關(guān)，而與冷卻塔的構(gòu)造和型式無關(guān)。型式無關(guān)。l在氣水比相同時(shí)，在氣水比相同時(shí)，N越大，表示要求散發(fā)的熱越大，表示要求散發(fā)的熱量越多，所需淋水裝置的體積越大。量越多，所需淋水裝置的體積越大。l特性數(shù)特性數(shù)N中中hmd反映了淋水裝置的散熱能力，反映了淋水裝置的散熱能力，反映了冷卻塔所具有的冷卻能力。反映了冷卻塔所具有的冷卻能力。lN與淋水裝

16、置的構(gòu)造尺寸、散熱性能及水、氣與淋水裝置的構(gòu)造尺寸、散熱性能及水、氣流量有關(guān)。流量有關(guān)。12 ttiidtKcNWAZhNmd分析：分析：冷卻塔計(jì)算方法與步驟冷卻塔計(jì)算方法與步驟l冷卻數(shù)的確定冷卻數(shù)的確定(近似積分法近似積分法)l特性數(shù)的確定特性數(shù)的確定l換熱系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算換熱系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算l氣水比的確定，冷卻塔的工作點(diǎn)氣水比的確定，冷卻塔的工作點(diǎn)P確定確定l通風(fēng)阻力計(jì)算通風(fēng)阻力計(jì)算l【例例7-3】五、其他混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的五、其他混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算熱工計(jì)算l加濕器的熱工計(jì)算加濕器的熱工計(jì)算l空氣的加濕處理：等溫加濕；等焓加濕；空氣的加濕處理：等溫加濕；等焓加濕；升溫加濕；

17、冷卻加濕。升溫加濕；冷卻加濕。l等焓加濕器：超聲波加濕器、噴淋室、等焓加濕器：超聲波加濕器、噴淋室、板面蒸發(fā)加濕器、透膜式加濕器板面蒸發(fā)加濕器、透膜式加濕器8 . 0)(01835. 0)(GAddAddhNssmd噴射泵的熱工計(jì)算噴射泵的熱工計(jì)算l噴射器：是使壓力、溫度不同的兩種流體相互噴射器：是使壓力、溫度不同的兩種流體相互混合并在混合過程中進(jìn)行能量交換的設(shè)備?；旌喜⒃诨旌线^程中進(jìn)行能量交換的設(shè)備。l分類：汽分類：汽-水熱交換、水水熱交換、水-水熱交換、汽水熱交換、汽-汽熱交汽熱交換。換。l工作原理：噴管、擴(kuò)壓管工作原理：噴管、擴(kuò)壓管l優(yōu)點(diǎn)：在提高被引射流體的壓力的過程中不直優(yōu)點(diǎn)：在提高被

18、引射流體的壓力的過程中不直接消耗機(jī)械能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與各種系統(tǒng)連接方接消耗機(jī)械能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與各種系統(tǒng)連接方便。便。l應(yīng)用：室外熱水管網(wǎng)熱水供熱系統(tǒng)應(yīng)用：室外熱水管網(wǎng)熱水供熱系統(tǒng)圖7-6蒸汽噴射系統(tǒng)示意圖(利用膨脹水箱定壓)1蒸汽鍋爐2分汽缸3蒸汽噴射器4熱用戶5給水箱6給水泵7除污器8膨脹水箱蒸汽鍋爐房采用蒸汽噴射裝置形式蒸汽鍋爐房采用蒸汽噴射裝置形式l由分汽缸來的高壓蒸汽進(jìn)入蒸由分汽缸來的高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽噴射器，抽引熱水網(wǎng)路回水汽噴射器，抽引熱水網(wǎng)路回水并進(jìn)行加熱：并進(jìn)行加熱：l在噴射器進(jìn)汽管處應(yīng)該裝設(shè)止回閥；l右圖采用高位水箱定壓方式：l汽系統(tǒng)定壓作用；l將蒸汽加熱后冷凝下來的多余水量，通

19、過凝水管溢流回鍋爐房的給水箱。l在噴射器進(jìn)出口安裝壓力表和溫度表。l蒸汽噴射器可以設(shè)置在蒸汽鍋爐房?jī)?nèi)，也可在用戶入口或熱力站。圖7-7蒸汽噴射系統(tǒng)示意圖(利用壓力調(diào)節(jié)器定壓)1蒸汽鍋爐2分汽缸3蒸汽噴射器4熱用戶5給水箱6給水泵7除污器8回收凝結(jié)水的壓力調(diào)節(jié)器9補(bǔ)水的壓力調(diào)節(jié)器利用壓力調(diào)節(jié)器定壓的方式水水-水噴射式熱交換器的特性方程水噴射式熱交換器的特性方程0)1 (GuGgghiuuii)1 (032330202)()()(APPwGGwGwGhhp)/,(/3ppgAAufPP質(zhì)量守恒方程質(zhì)量守恒方程能量守恒方程能量守恒方程動(dòng)量守恒方程動(dòng)量守恒方程水噴射器設(shè)計(jì)計(jì)算步驟水噴射器設(shè)計(jì)計(jì)算步驟例

20、例7-4l確定水噴射器的噴射系數(shù)確定水噴射器的噴射系數(shù)u；l確定水噴射器的最佳截面比和最佳壓降比；確定水噴射器的最佳截面比和最佳壓降比；l據(jù)最佳壓降比求熱網(wǎng)需要提供的最小供回水管的資用據(jù)最佳壓降比求熱網(wǎng)需要提供的最小供回水管的資用壓差壓差Pp；l確定噴管出口截面積和直徑確定噴管出口截面積和直徑Ap和和dp；l確定圓筒形混合室的截面積和直徑確定圓筒形混合室的截面積和直徑A3和和d3；l混合室長度混合室長度Lh；l噴管出口截面與混合室入口截面間的距離噴管出口截面與混合室入口截面間的距離Lc；l確定擴(kuò)壓管出口截面積和直徑確定擴(kuò)壓管出口截面積和直徑Ag和和dg；l確定擴(kuò)壓管長度確定擴(kuò)壓管長度Lk。本章小結(jié)本章小結(jié)l熟悉混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的形式和結(jié)構(gòu)；熟悉混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的形式和結(jié)構(gòu)；l理解混合式熱質(zhì)交換的特點(diǎn)理解混合式熱質(zhì)交換的特點(diǎn)l掌握混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算（噴淋室掌握混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算（噴淋室和冷卻塔）；和冷卻塔）；作業(yè)：作業(yè)：lP220：1、3、81.表冷器在干工況下?lián)Q熱擴(kuò)大系數(shù)為表