Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Кондиционирования воздуха. 3.2. Характерные случаи изменения состояния воздуха




План

 

3.1. Основные положения

3.2. Характерные случаи изменения состояния воздуха

3.3. Уравнение теплообмена между воздухом и водой при непосредственном контакте

 

3.1. Основные положения

 

В СКВ широко применяются различные устройства, в которых воздух обрабатывается непосредственным контактом с водой. К таким устройствам относятся оросительные форсуночные камеры и орошаемые насадки. Они позволяют изменять параметры воздуха в широком диапазоне. В теплый период года воздух можно охлаждать и осушать, охлаждать при постоянном влагосодержании, охлаждать и увлажнять его. В холодный период года применяют изоэнтальпическое увлажнение, контактный нагрев и увлажнение воздуха.

Процессы тепло- и массообмена в устройствах для кондиционирования воздуха зависят в основном от явлений теплопроводности, диффузии и конвекции. Лучистый теплообмен в связи с незначительным влиянием, как правило, не учитывается. Для переноса тепла и массы необходимо различие потенциалов в разных точках среды. В качестве характеристики потенциала для переноса тепла принята температура, для переноса массы (водяного пара) – парциальное давление водяных паров. Следовательно, разность температур отдельных точек среды определяет перенос тепла, а различие парциальных давлений – перенос массы. В общем случае изменения температур и парциальных давлений протекают различно как в пространстве, так и во времени. Для упрощения обычно принимают условие о стационарности процессов пе­реноса, т. е. постоянстве во времени потенциалов в различных точках системы и ограничении их изменения только одной пространственной координатой.

При непосредственном контакте воздуха с капельками разбрызгиваемой воды или смоченной поверхностью различных насадок либо слоев изменение состояния воздуха будет зависеть от температуры воды.

Если температура воды ниже температуры воздуха по мокрому термометру, но выше температуры точки росы, то температура воздуха, приходящего в соприкосновение с водой, будет понижаться. При этом вследствие испарения влаги влагосодержание воздуха будет увеличиваться, а энтальпия понижаться. Уменьшение энтальпии объясняется тем, что количество скрытого тепла, поступающего в воздух с водяными парами, будет меньше, чем количество явного тепла, отданного воздухом при контакте с водой на повышение температуры неиспарившейся воды.

Если температура воды ниже температуры точки росы охлаждаемого воздуха, то воздух будет охлаждаться и осушаться.

Если температура воды равна температуре точки росы воздуха не насыщенного водяными парами, будет происходить охлаждение без влагообмена, т. е. без выпадения конденсата или увлажнения воздуха. Это обусловлено отсутствием потенциала для переноса влаги, поскольку парциальные давления водяных паров в воздухе и в пограничном слое над поверхностью воды одинаковы. В I-d-диаграмме такой процесс обработки воздуха изображается прямой, направленной по ли­нии d = const.

Если обрабатывать воздух рециркулируемой водой без охлаждения или подогрева последней, то вода вскоре приобретет постоянную температуру, равную температуре мокрого термометра, так как тепло, отданное воздухом, полностью расходуется на испарение воды. Пары воды, поступающие в воздух, возвращают ему это тепло, но только в скрытом виде. Процесс обработки воздуха идет при I = const.

Таким образом, воздух понижает температуру, отдавая явное тепло при контакте с водой, и увлажняется. Энтальпия воздуха в этих процессах остается практически неизменной, поэтому такие процессы тепло- и влагообмена принято называть изоэнтальпическими (адиабатическими).

 

3.2. Характерные случаи изменения состояния воздуха

 

В практике процессы изменения состояния воздуха протекают при выделении или поглощении тепла и влаги.

Пусть, например, воздух с начальным состоянием, характеризующимся точкой А с параметрами tА, jА, dА, IА, требуется довести до состояния, характеризующегося точкой Б с параметрами tБ, jБ, dБ, IБ.

Рассмотрим некоторые случаи изменения состояния воздуха (рис. III.1) .

Первый случай. Воздух, характеризуемый точкой А, доводится до состояния, характеризуемого точкой Б. При этом воздухом поглощается одновременно тепло и влага, причем IБ > IА и dБ > dА. В этом случае направление искомого луча процесса будет характеризоваться отношением

и соответствовать нагреванию и увлажнению воздуха. Второй случай. Начальное состояние воздуха характеризуется той же точкой А и теми же параметрами, а конечное состояние - точкой В с параметрами IВ=IА и dВ > dА.

Так как процесс увлажнения воздуха проходит при постоянной энтальпии, то направление луча процесса

 

и соответствует изоэнтальпическому увлажнению воздуха.

Третий случай. Начальное состояние воздуха то же, а конечное состояние характеризуется точкой Г с параметрами IГ < IА и dГ = dА, т. е. процесс проходит при постоянном влагосодержании с направлением вниз будет от точки А, так как IА > IГ. Направление луча процесса в этом случае

 

.

Четвертый случай. Воздух (точка А) отдает тепло (IД < IА) и влагу (dД < dА), т. е. проходит процесс охлаждения и осушения воздуха. Направление луча процесса

Так как приращения тепло- и влагосодержания имеют отрицательные значения, то направление луча процесса будет от точки А к точке Д.

Пятый случай. Воздух (точка А) отдает влагу (dЕ < dА) при постоянной энтальпии (IЕ = IА = const), т. е. протекает процесс осушки воздуха при помощи абсорбентов. Направление луча процесса

 

Но так как приращение влагосодержания будет отрицательным, то направление луча процесса будет от точки А к точке Е.

Шестой случай. Воздух (точка А) подвергается нагреванию в калориферах при постоянном влагосодержании (dЖ = dА = const). Так как IЖ > IА, то направление луча процесса

Так как приращение энтальпии положительное, то направление луча процесса будет вверх от точки А.

Следовательно, лучи процессов e наглядно характеризуют тепловлажностные процессы, протекающие в кондиционируемом помещении или кондиционере.

3.3. Уравнение теплообмена между воздухом и водой

при непосредственном контакте

 

В оросительных камерах кондиционеров, широко применяемых для охлаждения и осушения воздуха, при отсутствии теплообмена с окружающей средой должно существовать равенство между количеством тепла, отданным воздухом, и количеством тепла, воспринятым водой, т.е.

 

(3.1)

 

где Gк – количество воздуха, проходящее через оросительную камеру, кг / ч;

Iн, Iк – начальная и конечная энтальпии воздуха, ккал / кг; W – количество воды, контактирующей с воздухом, кг / ч; с – массовая теплоемкость воды, равная 1 ккал / (кг×°С); – конечная и начальная температуры воды, °С.

Разделив обе части уравнения (3.1) на Gк, получим

 

(3.2)

Отношение W / Gк называетсякоэффициентом орошения и показывает, какое количество воды, разбрызгиваемой в оросительной камере, приходится на 1 кг воздуха, проходящего через камеру.

Обозначив W / Gк через m, и подставив в уравнение (3.2), получим

 

(3.3)

В общем случае полное количество тепла, обмененное между воздухом и водой и отнесенное к 1 м2 поверхности контакта в условиях оросительных камер кондиционеров,

(3.4)

 

где Qп - полное количество тепла, ккал / (м2×ч); - количество явного тепла, ккал / (м2×ч); - количество скрытого тепла, ккал / (м2×ч).

Явный теплообмен происходит при разности температур вследствие теплопроводности, конвекции и излучения. Воздух обладает малой теплопроводностью. Теплообмен излучением в кондиционерах также незначителен и в практических расчетах не учитывается. Поэтому под явным теплообменом, происходящим в кондиционерах, в дальнейшем будем понимать только тепло, переданное конвекцией.

Скрытый теплообмен определяется теплотой парообразования и происходит в результате поглощения воздухом или выделения из него влаги вследствие разности парциальных давлений.

Тепловой поток, т. е. количество тепла, переданное конвекцией,

. (3.5)

Поток влаги, т. е. количество обмененной влаги в процессе контакта воздуха с поверхностью воды при нормальном барометрическом давлении, определится уравнением

, (3.6)

 

где - количество тепла, переданное от воды воздуху, ккал / (м2×ч); - коэффициент конвективного теплообмена, ккал / (м2×ч×°С); - температура воздуха,°С; - температура поверхности воды,°С; W - количество обмененной влаги, кг/(м2- ч), - коэффициент влагообмена, кг/(м2- ч); - парциальное давление водяных паров в пограничном слое воздуха у поверхности воды, мм рт.ст.; - парциальное давление водяных паров в пограничном слое воды, мм рт.ст.

Так как парциальное давление водяных паров в воздухе является однозначной и почти линейной функцией его влагосодержания, в дальнейшем удобнее пользоваться не разностью парциальных давлений, а разностью влагосодержаний.

Поскольку кондиционеры работают в области сравнительно низких температур (в пределах до 20°С), можно приближенно принять

Подставив в уравнение (3.6), получим количество обмененной влаги в процессе контакта воздуха с поверхностью воды

(3.7)

 

где - влагосодержание в основной массе воздуха; - влагосодержание воздуха в пограничном слое, т. е. при температуре, равной температуре поверхности воды и при полном насыщении воздуха водяными парами;

. (3.8)

Количество скрытого тепла, обмененного между воздухом и водой, составит

, (3.9)

 

где r = 597,3 - 0,56tW – теплота испарения воды при tW, ккал / кг.

В результате такого влагообмена при tW > tв будет происходить испарение воды в воздух, а при tW< tв – конденсация на поверхности воды водяного пара из воздуха.

Полное количество тепла, переходящее от воды к воздуху при tW > t

. (3.10)

В тех случаях, когда tW < tв и тепло переходит от воздуха к воде, полное количество тепла

.

или

. (3.11)

Уравнение (3.11) может применяться во всех случаях, если условно считать тепловой поток от воздуха к воде положительным, а от воды к воздуху - отрицательным.

Для процессов изоэнтальпического увлажнения воздуха американским ученым Льюисом получен вывод о постоянстве отношения между коэффициентами тепло- и влагообмена и о равенстве этого отношения массовой теплоемкости влажного воздуха, т. е.

(3.12)

В дальнейшем этот вывод был распространен и на другие процессы при непосредственном контакте воздуха и воды.

Результаты исследования различных контактных аппаратов показали, что в определенных условиях соотношение (3.12) применительно к средним по поверхности контакта значениям коэффициентов тепло- и массообмена не соблюдается.

Подставив значения r и из уравнения (3.12) в уравнение (3.11), получим

.

или

, (3.13)

 

где - энтальпия влажного воздуха соответственно при .

Слагаемое по сравнению с очень незначительно (около 0,5%). Поэтому уравнение (3.13) можно представить в виде

. (3.14)

Уравнения (3.13) и (3.14) позволяют определить только энтальпию воздуха после его обработки, т. е. один из двух параметров, минимально необходимых для характеристики состояния воздуха. Для определения второго параметра воздуха исходим из следующего: если количество воздуха Gк с Iв и dв вступает в контакт с водяной поверхностью, имеющей температуру tW, то для данного процесса действительны уравнения

 

и

Разделив левую и правую части первого уравнения на соответствующие части второго, получим

 

(3.15)

Уравнение (3.15) в координатах I-d-диаграммы влажного воздуха определяет угловой коэффициент e прямой, проходящей через точку с параметрами Iв, dв характеризующую начальное состояние воздуха, и через точку параметрами IW, dW характеризующую состояние воздуха при температуре воды параметрами dW и относительной влажности j = 100% .

Кроме того, из уравнения (3.15) вытекает, что в случаях непосредственного взаимодействия воздуха с водой при tW = const процесс изменения состояния воздуха изображается на I-d-диаграмме отрезком прямой, которая определяет процесс изменения состояния воздуха во время его взаимодействия с водой.

В приведенных выводах исходят из того, что за время взаимодействия воздуха с водой энтальпия IW и влагосодержание dW являются постоянными. В реальных условиях (в оросительных камерах конди­ционеров) температура воды изменяется в пределах 3-4°С, и линия, отображающая процесс тепловлагообмена на I-d-диаграмме, будет иметь некоторую кривизну. Однако в пределах тех небольших изменений температур воды tW, с которыми приходится иметь дело в практике кондиционирования воздуха, указанными изменениями можно пренебречь.


Поделиться:

Дата добавления: 2014-12-03; просмотров: 102; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты