第四章

空氣的熱濕處理52-12023/1/13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4.32023/1/1352-24.1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2023/1/1352-3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(duì)濕度各線簇。2023/1/1352-4定比濕度線簇一定壓力下，水蒸氣分壓與比濕度一一對(duì)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(duì)濕度線簇Φ=100%時(shí)線實(shí)際上是不同比濕度d下露點(diǎn)的軌跡Φ=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52-1005432W'd0i1t0LOL'Wj=100%(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2023/1/1352-114.1.3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)。2023/1/1352-12B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CA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2023/1/1352-13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示意圖空調(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(dòng)4.2.1濕空氣在冷表面上的冷卻降濕2023/1/1352-14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(jié)水膜dAddi2023/1/1352-15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(jié)水膜dAddi空氣側(cè)：忽略水膜和金屬表面的熱阻，冷卻劑的傳熱量有：2023/1/1352-16根據(jù)熱平衡可得對(duì)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(dòng)力。麥凱爾方程2023/1/1352-17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)：2023/1/1352-18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2023/1/1352-19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2023/1/1352-20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·℃)]2023/1/1352-21冷卻表面積計(jì)算2023/1/1352-224.2.2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2023/1/1352-23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。xdxL水膜平均厚度twdqF2yF濕空氣qFtFywtFBy等截面直肋2023/1/1352-24xdxLtwdqF2yF濕空氣qFtFywtFBy2023/1/1352-25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2023/1/1352-26令2023/1/1352-27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2023/1/1352-28

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2023/1/1352-294.3.1熱濕交換原理2023/1/1352-30水膜表面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2023/1/1352-31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(dòng)力，水蒸氣分壓力差是濕交換的動(dòng)力2023/1/1352-32總熱交換量換熱擴(kuò)大系數(shù)ξ（析濕系數(shù)）對(duì)于水側(cè)：穩(wěn)定工況時(shí)，空氣側(cè)與水側(cè)換熱量相等：2023/1/1352-334.3.2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

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

As2023/1/1352-34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2023/1/1352-354.3.3

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。2023/1/1352-36空氣與水直接接觸時(shí)各種過程的特點(diǎn)

過程線水溫特點(diǎn)t或Qxd或Qsi或Qx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?cè)鰷p不變?cè)鲈鲈鲈鲈鰷p減減不變?cè)鲈鲈鰷p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)2023/1/1352-37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(shí)，接觸時(shí)間很長。2023/1/1352-38

4.3.3空氣和水直接接觸時(shí)的對(duì)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

2023/1/1352-39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(dòng)力是空氣的焓差2023/1/1352-404.3.4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(dòng)力對(duì)于1kg干空氣，總熱交換量即為焓差Δi：2023/1/1352-41自然通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)橫流逆流冷卻塔的型式2023/1/1352-421)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。TL1Ts1T1ΔiTo潛熱顯熱總熱2023/1/1352-43潛熱：熱流方向以空氣初狀態(tài)露點(diǎn)溫度TL1為界。TL1Ts1T1ΔiTo潛熱顯熱總熱2023/1/1352-442)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。ΔiTL1Ts1T1To潛熱顯熱總熱2023/1/1352-454.3.4.2氣液之間的雙膜阻力是熱質(zhì)交換的控制因素焓差推動(dòng)力與溫差推動(dòng)力之比，與雙膜阻力之比成正比。膜阻力越大，所需推動(dòng)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(dòng)對(duì)氣膜阻力的影響空氣質(zhì)量流速vρ：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(dòng)阻力大，氣流攜帶水量大，不易捕捉。由式（4-3）：2023/1/1352-462）液滴大小對(duì)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