И водой

План

4.1. Процессы обработки воздуха водой

4.2. Фактические процессы изменения состояния воздуха при контакте с водой

4.3. Приближенный аналитический метод расчета изменения тепло- влажностного состояния воздуха в процессе его кондиционирования

4.1. Процессы обработки воздуха водой

Пусть точки А и Б (рис.III.2.) представляют начальное и конечное состояния воздуха. Процесс изменения состояния воздуха изобразится некоторой непрерывной линией АБ, соединяющей эти точки. На рис.III.2. для примера показаны три таких процесса: 1) воздух может быть сначала подогрет (точка Б₁), а затем увлажнен и доведен до конечного состояния в точке Б; 2) воздух сначала может быть увлажнен (точка Б₂), а затем подогрет до конечного состояния в точке Б; 3) воздух подогревается и увлажняется одновременно (прямая АБ).

Возможны семь характерных процессов взаимодействия воздуха с водой постоянной температуры t_W, (рис.III.3). Они представлены семью лучами, лежащими в пределах криволинейного треугольника АБВ, у которого одной стороной является кривая насыщения j = 100 %, а двумя другими – касательные к этой кривой, проведенные из точки А начального состояния воздуха. Любой процесс взаимодействия воздуха с водой постоянной температуры изобразится лучом, находящимся в пределах этого треугольника, так как ни один луч, выходящий из точки А вне треугольника, не может пересечься с кривой j = 100%.

Процесс 1протекает при t_W < t_p по линии d = const; в этом случае воздух отдает тепло воде, что приводит к снижению температуры воздуха и сопровождается конденсацией влаги, находящейся в воздухе. Процесс характеризуется охлаждением и осушкой воздуха.

Процесс 2 протекает при t_W = t_p по линии d = const. Происходит охлаждение воздуха без конденсации влаги (сухое охлаждение).

Процесс 3 протекает при t_p < t_W < t_м. Здесь тепло, отдаваемое воздухом воде, частично расходуется на испарение воды. Температура воздуха понижается, а влагосодержание его возрастает, т. е. воздух охлаждается и увлажняется.

При процессах 1, 2, 3 воздух обрабатывается холодной водой с температурой ниже температуры мокрого термометра.

Процесс 4 протекает при t_W = t_м по линии I = const. Воздух охлаждается до t_м, энтальпия его не изменяется, так как тепло, теряемое воздухом при теплообмене с охлаждающей его водой, возвращается в воздух вместе с испарившейся влагой, а влагосодержание увеличивается (процесс изоэнтальпический).

Процесс 5 протекает при t_м < t_W < t_в. Температура воздуха понижается, а тепло и влагосодержание увеличиваются. Воздух будет охлаждаться и увлажняться.

Процесс 6 протекает при t_W = t_в по линии t = const. В этом случае ни воздух, ни вода не изменяют своих температур. Теплообмен между водой и воздухом отсутствует, происходит только его увлажнение (процесс изотермический).

Процесс 7 протекает при t_W > t_в. Происходит передача тепла от воды к воздуху. Воздух нагревается и увлажняется.

При процессах 5, 6, 7 воздух обрабатывается теплой водой с температурой выше температуры мокрого термометра.

При контакте воздуха с водой невозможно осуществить следующие три процесса: осушку и одновременное нагревание воздуха, нагревание воздуха без изменения влагосодержания, осушку воздуха без изменения его температуры. Все эти процессы изображаются линиями, лежащими вне треугольника АБВ и не могут быть осуществлены при непосредственном контакте воздуха с водой. Для получения процессов осушки воздуха при одновременном его нагревании применяется осушка и нагревание воздуха путем контакта его с веществом, обладающим большой абсорбционной способностью к влаге, например силикагелем. Нагревание же воздуха без изменения его влагосодержания получается при помощи поверхностных воздухонагревателей.

4.2. Фактические процессы изменения состояния воздуха

при контакте с водой

Фактически процесс изменения состояния воздуха при контакте с водой в оросительном пространстве происходит на I-d-диаграмме не по прямой, а по сложной кривой. Рассмотрим случай, когда температура разбрызгиваемой воды ниже температуры точки росы поступающего в камеру воздуха, и когда потоки воздуха и воды движутся параллельно (рис.III.4.).

В первый расчетный интервал времени малая часть орошаемого воздуха войдет в контакт с поверхностью капель и приобретет начальную температуру воды t₁ и j = 100 %. Эта часть воздуха смешивается с остальной массой воздуха, имеющей параметры точки 1, и точка смеси 2 будет находится на прямой линии, соединяющей точку воздуха начального состояния 1 и точку на линии j = 100 %, соответствующую начальной температуре воды t₁. В начале второго расчетного интервала в результате теплообмена с воздухом температура воды повысится до t₂, а воздух будет иметь параметры точки смеси 2. За второй интервал времени часть воздуха приобретает параметры t₂ и j = 100 %. Образуется новая смесь воздуха, состояние которой определяется точкой 3, а вода повысит свою температуру до t₃ и т.д.

В первом интервале времени (в начале процесса) теплообмен между водой и воздухом будет протекать интенсивно за счет явного и скрытого обмена теплом при большом перепаде температур. Если температура воды поднимается выше температуры точки росы воздуха, интенсивность теплообмена резко уменьшится: прекратится отдача скры­того тепла конденсации и по мере повышения температуры воды начнется испарение, увлажнение воздуха и передача ему тепла парообразования. Изменение температуры воды и воздуха будет происходить медленнее. Постепенно температура воды будет продолжать повышаться, энтальпии воздуха на поверхности воды и очередной смеси движущегося воздуха будут приближаться друг к другу. В конце концов вода приобретет температуру мокрого термометра текущей смеси воздуха, энтальпия которой будет равна энтальпии воздуха на поверхности контакта с водой. Начиная с этого момента процесс увлажнения воздуха будет адиабатическим: температура воздуха будет понижаться, не изменяя энтальпию, а температура воды будет оставаться неизменной и равной температуре мокрого термометра воздуха (см. рис. точки 4,5 и 6).

Подобного рода рассуждения остаются справедливыми и для условий, когда начальная температура воды выше температуры точки росы и ниже температуры мокрого термометра воздуха. Ход такого изменения состояния воздуха показан на рис.III.5. Несколько иначе развивается процесс при температуре воды, большей температуры мокрого термометра воздуха, поступающего в камеру. Разница состоит в том, что температура воды будет понижаться и стремиться достигнуть тем­пературы мокрого термометра смеси воздуха некоторого текущего состояния. Развитие этого процесса показано на рис.III.6.

На рис. III.7 показан пример подобного построения для противотока.

В практических расчетах задачу упрощают и считают, что изменение состояния воздуха, как сказано выше, определяется прямой линией, соединяющей точку начального состояния воздуха и некоторую промежуточную точку состояния воды. При расчетах обычно нужно знать параметры воз-

Рис. III.5. Изменение во времени Рис.III.6. Изменение во времени Рис.III.7. Изменение во времни