空氣的熱濕處理-熱質交換與設備原理

第四章

空氣的熱濕處理52-12024/1/8內容空氣的熱濕處理途徑4.1空氣與固體外表之間的熱濕交換4.2空氣與水直接接觸的熱濕交換4.32024/1/852-24.1空氣的熱濕處理途徑

空氣調節(jié)的幾個相關概念焓濕圖簡介空氣調節(jié)，熱舒適，新風，回風，送風狀態(tài)，焓濕圖，夏季工況，冬季工況等2024/1/852-3以1kg干空氣的濕空氣為基準，在一定的大氣壓力下，取焓h與比濕度d為坐標，圖中有定比濕度、定水蒸氣分壓力、定露點溫度、定焓、定濕球溫度、定干球溫度、定相對濕度各線簇。2024/1/852-4定比濕度線簇一定壓力下，水蒸氣分壓與比濕度一一對應，因此定比濕度線簇也是定水蒸氣分壓力線簇。露點溫度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Φ=100%時線實際上是不同比濕度d下露點的軌跡Φ=0%時即為干空氣，d＝0，即縱坐標軸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52-1005432W'd0i1t0LOL'Wj=100%(1)W→L→O噴淋室噴冷水(或用外表冷卻器)冷卻減濕→加熱器再熱(1)

W’→2→L→O:加熱器預熱→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→外表冷卻器等濕冷卻(3)W→O:液體吸濕劑減濕冷卻(2)W‘→3→L→O:加熱器預熱→噴淋室絕熱加濕→加熱器再熱(3)W'→4→O:加熱器預熱→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:加熱器預熱→一局部噴淋室絕熱加濕→與另一局部未加濕空氣混合4.1.2空氣熱濕處理的原理和方案2024/1/852-114.1.3空氣熱濕處理及設備

根據(jù)各種熱質交換設備的特點不同分成兩大類：混合式熱質交換設備：

包括噴淋室、蒸汽加濕器、局部補充加濕裝置以及使用液體吸濕劑的裝置等間壁式熱質交換設備：

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備如噴水式外表冷卻器那么兼有這兩類設備的特點。2024/1/852-12B冷卻降濕是將空氣冷卻到露點溫度以下，從而將其中水蒸氣局部去除的方法冷卻盤管凝結水CA濕空氣通過盤管的情況冷卻除濕時空氣狀態(tài)變化的i-d圖上表示4.2空氣與固體外表之間的熱濕交換2024/1/852-13濕空氣傳質氣膜冷凝液膜冷卻介質傳熱金屬壁

濕空氣在冷壁面上的冷卻去濕過程示意圖空調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濕空氣在冷外表上的冷卻降濕2024/1/852-14濕空氣邊界層冷表面冷卻劑邊界層冷卻劑W濕空氣Gttitw凝結水膜dAddi2024/1/852-15濕空氣邊界層冷表面冷卻劑邊界層冷卻劑W濕空氣Gttitw凝結水膜dAddi空氣側：忽略水膜和金屬外表的熱阻，冷卻劑的傳熱量有：2024/1/852-16根據(jù)熱平衡可得對于水-空氣系統(tǒng)，根據(jù)劉伊斯關系式上式改寫為濕空氣在冷卻外表進行冷卻降濕過程中，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2024/1/852-17濕空氣在冷卻降濕過程中的過程線斜率點〔i,tw)與(ii,ti)的連接線斜率根據(jù)熱平衡，空氣側：2024/1/852-18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〔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2024/1/852-19濕空氣冷卻減濕過程示意圖ti●M(i2,t2)PQB(i1,tw2)●●tw2i2tw1t1飽和線工作線冷卻減濕過程線●E(i1,t1)t2連接線切線A(i2,tw1)●濕空氣入口狀態(tài)濕空氣出口狀態(tài)出口端冷卻劑溫度入口端冷卻劑溫度C(ii,ti)td2td1濕球溫度干球溫度濕球溫度干球溫度2024/1/852-20常壓下飽和濕空氣的焓值及其在飽和曲線上的斜率

4.47.210.012.815.618.321.123.926.729.432.235.037.840.643.346.148.951.754.48.4619.80111.27812.90014.67016.70018.93820.33824.27127.46031.07135.17639.84545.18751.29858.31966.40875.77486.6070.4540.5070.5570.6160.6840.7630.8550.9601.0821.2241.3891.5801.8022.0612.3642.723.143.644.25i(kcal/kg)t(℃)di/dt[kcal/(kg·℃)]2024/1/852-21冷卻外表積計算2024/1/852-224.2.2濕空氣在肋片上的冷卻降濕過程外表式冷卻器往往采用肋片這種擴展換熱面的形式來強化冷卻降濕過程中的熱、質交換。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例如2024/1/852-23假定：1〕熱、質傳遞過程是穩(wěn)定的；2〕肋片的導熱系數(shù)、肋根溫度均為定值；3〕肋片只有x向導熱，肋片外的水膜只有y向的導熱。xdxL水膜平均厚度twdqF2yF濕空氣qFtFywtFBy等截面直肋2024/1/852-24xdxLtwdqF2yF濕空氣qFtFywtFBy2024/1/852-25肋片微元在-x方向上凈導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2024/1/852-26令2024/1/852-27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2024/1/852-28空氣與水直接接觸熱質交換現(xiàn)象在生產應用的許多領域都常見到，如：石油化工電力生產等工業(yè)過程的冷卻塔蒸發(fā)式冷凝器等冷卻設備民用和工業(yè)空調系統(tǒng)中的噴淋室、蒸發(fā)冷卻空調器食品行業(yè)的冷卻枯燥過程農業(yè)工程領域的真空預冷濕簾降溫和濕冷保鮮技術等都大量遇到空氣與水的直接接觸熱質交換情況4.3空氣與水直接接觸時的熱濕交換2024/1/852-294.3.1熱濕交換原理2024/1/852-30水膜外表的空氣與水的熱濕交換過程濕空氣邊界層濕空氣主流GtdPq

tbdbPqb水2024/1/852-31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2024/1/852-32總熱交換量換熱擴大系數(shù)ξ〔析濕系數(shù)〕對于水側：穩(wěn)定工況時，空氣側與水側換熱量相等：2024/1/852-334.3.2蒸發(fā)冷卻裝置的特點與工作原理

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)冷卻空調工作原理

A含濕量g/kg溫度（）直接蒸發(fā)空氣處理過程的i-d圖表示

As2024/1/852-34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2024/1/852-354.3.3

與水直接接觸時空氣的狀態(tài)變化過程空氣與水接觸時，水外表形成的飽和空氣邊界層與主流空氣之間，通過分子擴散和紊流擴散，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，假設全部空氣與水接觸后都能到達具有水溫的飽和狀態(tài)，即水量無限大、接觸時間無限長。2024/1/852-36空氣與水直接接觸時各種過程的特點

過程線水溫特點t或Qxd或Qqi或Qz過程名稱A-1A-2A-3A-4A-5A-6A-7tw<tltw=tltl<tw<tstw=tsts<tw<tAtw=tAtw>tA減減減減減不變增減不變增增增增增減減減不變增增增減濕冷卻等濕冷卻減焓加濕等焓加濕增焓加濕等溫加濕增溫加濕

0Pq24321567Pq4Pq6At6=tAt4=tSt2=tlj=100%水蒸汽分壓力（Pa)2024/1/852-37空氣與水直接接觸的變化過程

A123tw1tw'tw"tw2Φ=100%AΦ=100%123tw1tw'tw"tw2A123tw1tw'tw"tw2Φ=100%(a)(b)(c)水tw1tw2空氣tw1tw2tw1>tAtw1tw2tw1<tAtw1<tA水量有限時，接觸時間很長。2024/1/852-38

4.3.3空氣和水直接接觸時的對流增濕和減濕劉伊斯關系式:如果在空氣與水的熱濕交換過程中存在著劉伊斯關系式，那么2024/1/852-39上式沒有考慮水分遷移時液體熱的轉移，同時以水蒸汽的焓〔≈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

即麥凱爾方程說明：熱質交換同時進行時，如劉伊斯關系成立，那么總熱交換的驅動力是空氣的焓差2024/1/852-404.3.4影響空氣與水外表之間熱質交換的主要因素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Δi：2024/1/852-41自然通風機械通風橫流逆流冷卻塔的型式2024/1/852-421)當空氣與水直接接觸時，從空氣側分析：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。TL1Ts1T1ΔiTo潛熱顯熱總熱2024/1/852-43潛熱：熱流方向以空氣初狀態(tài)露點溫度TL1為界。TL1Ts1T1ΔiTo潛熱顯熱總熱2024/1/852-442)當空氣與水直接接觸時，從水側分析：水冷卻的極限溫度是空氣濕球溫度Ts1?？諝夂退某鯛顟B(tài)決定了總熱流方向，決定過程的進行。ΔiTL1Ts1T1To潛熱顯熱總熱2024/1/852-454.3.4.2氣液之間的雙膜阻力是熱質交換的控制因素

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交換的因素。1〕空氣流動對氣膜阻力的影響空氣質量流速vρ：增大，那么氣膜減薄，膜阻減小，h和hmd增大。過大，那么氣水接觸時間短，且流動阻力大，氣流攜帶水量大，不易捕捉。由式〔4-3〕：2024/1/852-462〕液滴大小對水膜阻力的影響小水滴：水滴內部停滯，熱質傳遞主要靠分子擴散，水膜阻力大。