1、第四章 空氣的熱濕處置52-12022/8/22.內(nèi) 容空氣的熱濕處置途徑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4.32022/8/2252-24.1 空氣的熱濕處置途徑4.1.1 空氣調(diào)理的幾個相關(guān)概念焓濕圖簡介空氣調(diào)理，熱溫馨，新風(fēng)，回風(fēng)，送風(fēng)形狀，焓濕圖，夏季工況，冬季工況等2022/8/2252-3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、定露點溫度、定焓、定濕球溫度、定干球溫度、定相對濕度各線簇。2022/8/2252-4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

2、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=100%時線實踐上是不同比濕度d下露點的軌跡=0%時即為干空氣，d0，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線可近似以定焓線替代52-10.05432Wd0i1t0LOLWj=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(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:

3、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(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 5L 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 空氣熱濕處置的原理和方案 2022/8/2252-11.4.1.3 空氣熱濕處置及設(shè)備 根據(jù)各種熱質(zhì)交換設(shè)備的特點不同分成兩大類： 混合式熱質(zhì)交換設(shè)備 ： 包括噴淋室、蒸汽加濕器、部分補充加濕安裝以及運用液體吸濕劑的安裝等 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

4、氣冷卻器等 有的空氣處置設(shè)備如噴水式外表冷卻器那么兼有這兩類設(shè)備的特點。 2022/8/2252-12.B冷卻降濕是將空氣冷卻到露點溫度以下，從而將其中水蒸氣部分去除的方法 冷卻盤管凝結(jié)水CA濕空氣經(jīng)過盤管的情況冷卻除濕時空氣形狀變化的i-d 圖上表示4.2 空氣與固體外表之間的熱濕交換 2022/8/2252-13濕空氣傳質(zhì)氣膜冷凝液膜冷卻介質(zhì)傳熱金屬壁 濕空氣在冷壁面上的冷卻去濕過程表示圖空調(diào)工程中通常經(jīng)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 濕空氣在冷外表上的冷卻降濕2022/8/2252-14濕空氣邊境層 冷外表 冷卻劑邊境層

5、冷卻劑W濕空氣Gttitw凝結(jié)水膜dAddi2022/8/2252-15濕空氣邊境層 冷外表 冷卻劑邊境層 冷卻劑W濕空氣Gttitw凝結(jié)水膜dAddi空氣側(cè)：忽略水膜和金屬外表的熱阻，冷卻劑的傳熱量有： 2022/8/2252-16.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 濕空氣在冷卻外表進展冷卻降濕過程中，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進力。麥凱爾方程2022/8/2252-17.濕空氣在冷卻降濕過程中的過程線斜率 點i, tw)與(ii,ti )的銜接線斜率根據(jù)熱平衡，空氣側(cè)：2022/8/2252-18.上式為i與tw之間的任務(wù)線斜率 又：濕空

6、氣在冷卻降濕過程中的過程線斜率 點i, tw)與(ii, ti )銜接線斜率可在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2022/8/2252-19濕空氣冷卻減濕過程表示圖ti M(i2, t2) PQB(i1, tw2) tw2i2tw1t1飽和線任務(wù)線冷卻減濕過程線 E(i1, t1) t2銜接線切線A(i2, tw1) 濕空氣入口形狀濕空氣出口形狀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2022/8/2252-20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.

7、123.926.729.432.235.037.840.643.346.148.951.7 54.4 8.4619.80111.27812.90014.67016.70018.93820.33824.27127.46031.07135.17639.84545.18751.29858.31966.40875.774 86.607 0.4540.5070.5570.6160.6840.7630.8550.9601.0821.2241.3891.5801.8022.0612.3642.723.143.64 4.25 i(kcal/kg)t()di/dtkcal/(kg)2022/8/2252-21.

8、冷卻外表積計算2022/8/2252-224.2.2 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方式來強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 等截面直肋例如2022/8/2252-23假定： 1熱、質(zhì)傳送過程是穩(wěn)定的； 2肋片的導(dǎo)熱系數(shù)、肋根溫度均為定值； 3肋片只需x導(dǎo)游熱，肋片外的水膜只需y向的導(dǎo)熱 。xdxL水膜平均厚度twdqF2yF濕空氣qFtFywtFBy等截面直肋2022/8/2252-24xdxLtwdqF2yF濕空氣qFtFywtFBy2022/8/2252-25.肋片微元在-x方向上凈導(dǎo)熱量為肋片

9、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2022/8/2252-26.令2022/8/2252-27.邊境條件：方程：定義濕肋的肋效率為：其中： 濕肋與干肋的肋效率方式一樣，將h交換為hmd后可直接援用干肋肋效率圖表2022/8/2252-28. 空氣與水直接接觸熱質(zhì)交換景象在消費運用的許多領(lǐng)域都常見到，如： 石油化工 電力消費等工業(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)的冷卻枯燥過程 農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的真空預(yù)冷 濕簾降溫暖濕冷保鮮技術(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的熱濕交

10、換 2022/8/2252-294.3.1 熱濕交換原理 2022/8/2252-30.水膜外表的空氣與水的熱濕交換過程濕空氣邊境層濕空氣主流G t d Pq tb db Pqb水2022/8/2252-31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2022/8/2252-32.總熱交換量 換熱擴展系數(shù)析濕系數(shù) 對于水側(cè)： 穩(wěn)定工況時，空氣側(cè)與水側(cè)換熱量相等：2022/8/2252-33.4.3.2 蒸發(fā)冷卻安裝的特點與任務(wù)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

11、噴淋室中水與空氣直接接觸, 水不斷吸收空氣的熱量進展蒸發(fā), 從而使被處置的空氣降溫加濕 直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)任務(wù)原理 A 含濕量 g/kg溫度 直接蒸發(fā)空氣處置過程的i-d圖 表示 As2022/8/2252-34間接蒸發(fā)冷卻的制冷安裝表示圖 間接蒸發(fā)空氣處置過程的i-d圖表示 間接蒸發(fā)冷卻過程的中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 2022/8/2252-354.3.3 與水直接接觸時空氣的形狀變化過程 空氣與水接觸時，水外表構(gòu)成的飽和空氣邊境層與主流空氣之間，經(jīng)過分子分散和紊流分散，使邊境層的飽和空氣與主流空氣不斷摻混，從而使主流空氣形狀發(fā)生變化

12、。為方便分析，假設(shè)全部空氣與水接觸后都能到達(dá)具有水溫的飽和形狀，即水量無限大、接觸時間無限長。2022/8/2252-36 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Qsi或Qx過程稱號A-1A-2A-3A-4A-5A-6A-7tw tltw= tltltw tstw= tststwtA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)2022/8/2252-37.空氣與水直接接觸的變化過程 A123tw1twtwtw

13、2=100%A=100%123tw1twtwtw2A123tw1twtwtw2=100%(a) (b)(c) 水tw1tw2空氣tw1tw2tw1tAtw1tw2tw1tAtw1tA水量有限時，接觸時間很長。2022/8/2252-38 4.3.3 空氣和水直接接觸時的對流增濕和減濕 劉伊斯關(guān)系式: 假設(shè)在空氣與水的熱濕交換過程中存在著劉伊斯關(guān)系式，那么 2022/8/2252-39上式?jīng)]有思索水分遷移時液體熱的轉(zhuǎn)移，同時以水蒸汽的焓2500替代式中的汽化潛熱，將濕空氣的比熱用1.01+1.84d替代 ，有或 即 麥凱爾方程闡明：熱質(zhì)交換同時進展時，如劉伊斯關(guān)系成立，那么總熱交換的驅(qū)動力是空氣

14、的焓差2022/8/2252-40.4.3.4 影響空氣與水外表之間熱質(zhì)交換的主要要素 4.3.4.1 焓差是總熱交換推進力對于1kg干空氣，總熱交換量即為焓差i：2022/8/2252-41自然通風(fēng)機械通風(fēng)橫流逆流冷卻塔的型式2022/8/2252-421)當(dāng)空氣與水直接接觸時，從空氣側(cè)分析：總熱流：熱流方向以空氣初形狀濕球溫度TS1為界。顯熱：熱流方向以空氣初形狀干球溫度T1為界。TL1Ts1T1iTo潛熱顯熱總熱2022/8/2252-43潛熱：熱流方向以空氣初形狀露點溫度TL1為界。TL1Ts1T1iTo潛熱顯熱總熱2022/8/2252-44.2)當(dāng)空氣與水直接接觸時，從水側(cè)分析：水

15、冷卻的極限溫度是空氣濕球溫度Ts1。 空氣和水的初形狀決議了總熱流方向，決議過程的進展。iTL1Ts1T1To潛熱顯熱總熱2022/8/2252-454.3.4.2 氣液之間的雙膜阻力是熱質(zhì)交換的控制要素 焓差推進力與溫差推進力之比，與雙膜阻力之比成正比。膜阻力越大，所需推進力越大。影響雙膜阻力的要素也是影響熱質(zhì)交換的要素。1空氣流動對氣膜阻力的影響 空氣質(zhì)量流速v：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4-3：2022/8/2252-462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)傳送主要靠分子分散，水膜阻

16、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)部有較劇烈混合，水滴有振蕩，水膜阻力進一步降低。 水滴小，沉降速度慢，氣水接觸時間長，且比外表積大，利于熱質(zhì)交換。但太小易被氣流帶走。2022/8/2252-473淋水安裝填料資料和構(gòu)造對熱質(zhì)交換也有較大影響 普通的：氣水逆流時，水氣比應(yīng)較大；氣水順流時，水氣比應(yīng)較小；4水氣比的影響2022/8/2252-484.3.4.3 間接接觸的表冷器深度管排數(shù)對熱質(zhì)交換的影響 假設(shè)空氣及冷卻劑流速一定，且冷卻劑溫度Tw給定，那么上式右側(cè)為定值。此時表冷器外表溫度Tb只是空氣焓i的函數(shù)。 空氣冷卻枯燥過程為減焓過程，因此表冷器