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1、第五章 空气的热湿处理,目的：了解各种空气热湿处理方式的特点和系统组成，以及其计算方法,1 空气热湿处理设备的类型,C,E,D,F,G,通过空气与各种介质进行热湿交换获得以上过程,1 空气热湿处理设备的类型,热湿交换介质,水水蒸汽液体吸湿剂制冷剂,1 空气热湿处理设备的类型,热湿交换设备,直接接触式,表面式,1 空气热湿处理设备的类型,空气电加热器和使用固体吸湿剂的设备不属于热湿交换设备：没有参与热湿交换的介质。原理有所不同,1 空气热湿处理设备的类型,喷水室和表面式换热器是主要研究对象,空气与水直接接触时的热湿交换是理论基础。用表面冷却器处理空气时，且冷却器表面温度低于被处理空气的露点温度时
2、，在冷却器表面上形成一层冷凝水膜，变成了空气与水膜的直接接触。这时，表面冷却器上和 喷水室换热过程相似,2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理,温度差异 热量传递 显热交换,换热过程,水蒸汽分压力差异 质量（湿）交换 潜热交换,总热显热+潜热,2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理,空气与水的热、湿交换,饱和边界层的作用？温度水表面温度，水蒸汽分压力取决于饱和空气温度,相互传递过程,2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理,空气与水的热、湿交换,蒸发以及凝结通过饱和边界层的湿交换过程描述,水蒸汽浓度差是产生质交换的推动力温差 是产生热交换的推动力,2 空气与水直接接触时的热湿交换：基
3、本原理,质交换方式,分子扩散：浓度梯度引起的水蒸气通过水表面上空气层流底层,紊流扩散：紊流脉动引起的主流中空气与饱和边界层的湿交换,2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理,质交换 VS 热交换,空气与水在一个微小表面上接触：,显热交换：,湿交换：,W,kg/s,边界层空气t,边界层水蒸气分子浓度,2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理,湿交换：,潜热交换：,温度为tb时水的汽化潜热,总热交换：,面积dF很难确定，但指明了影响热湿交换的因素,2 空气与水直接接触时的热湿交换：状态变化,看作饱和空气与未饱和空气的混合过程混合状态点位于两者连线上若接触充分，时间足够长，全部空气都能饱和并具有
4、水的温度水温决定了空气状态变化过程,A-2:等湿冷却A-4:等焓加湿A-6:等温加湿,2 空气与水直接接触时的热湿交换：刘伊斯关系,空气绝热加湿：刘伊斯关系,绝热加湿,热交换,湿交换,对绝热加湿过程，在dF接触表面上，显热量=潜热量,2 空气与水直接接触时的热湿交换：刘伊斯关系,同时存在,则有,刘伊斯关系,2 空气与水直接接触时的热湿交换：刘伊斯关系,刘伊斯关系,用于绝热加湿过程,推广到更多的水处理空气过程,2 空气与水直接接触时的热湿交换：刘伊斯关系,存在刘伊斯关系，有,增加考虑水的液体热,3 喷水室处理空气,喷水室的主要优点：实现多种空气处理过程具有一定的净化空气能力耗金属量少和容易加工喷
5、水室的主要缺点：水质要求高占地面积大水泵耗能多等缺点一般建筑中已不常用或仅作加湿设备用。在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用,用喷水室处理空气的方法得到了普遍应用,3 喷水室处理空气,档水板的作用：挡水，均匀空气；分离水滴流动方式：顺、逆和对喷喷嘴：13排，最多四排,3 喷水室处理空气,双级喷水室,卧式和立式单级和双级低速（23m/s）和高速（3.56.5m/s）旁通（空气混合）和带填料层（空气净化）,水重复使用，温升大、水量小，空气焓降大，空气可达到饱和；占地面积大，水系统复杂,3 喷水室处理空气,7 循环水管：滤水器9与循环水管相连，水能重复使用 14溢水管：溢水器13与溢水
6、管相连，保持水位 11补水管：经浮球阀12自动补水。15泄水管：检修、清洗和防冻等目的，放干水,3 喷水室处理空气,喷嘴是喷水室的最重要部件。我国曾广泛使用Y1型离心喷嘴,3 喷水室处理空气,喷水室的水系统,天然冷源人工冷源,自流回水压力回水,3 喷水室处理空气，热工计算,前述假设条件：水量无限大，时间无限长实际情况不可能达到，所以空气状态和水温都是不断变化的，且空气的终状态也很难达到饱和。,3 喷水室处理空气，热工计算,顺流喷水过程,水 饱和空气层 空气Tw1 Tw1 A,Tw Tw 1,Tw”Tw”2,Tw2 Tw2 3,3 喷水室处理空气，热工计算,逆流喷水过程,水 饱和空气层 空气Tw
7、2 Tw2 A,Tw”Tw”1,Tw Tw 2,Tw1 Tw1 3,3 喷水室处理空气，热工计算,如果接触时间充分，在顺流时空气终状态将等于水终温，在逆流时，空气终状态将等于水初温。在实际的喷水室中，无论是逆喷，还是顺喷，或是对喷，水滴和空气的运动是比较复杂的交叉流动，所以空气的终状态将既不等于水终温也不等于水初温，对喷时也不等于平均温度,3 喷水室处理空气，热工计算,实际的喷水室中，空气的状态变化过程并不是直线但是因为在实际工作中，人们所关心的只是处理后的空气终状态，而不是变化的轨迹，所以还是用连接空气初、终状态点的直线来表示空气状态的变化过程。,3 喷水室处理空气，热工计算,在喷水室的热工
8、计算中，是把实际过程与理想过程（接触时间足够长，但是水量有限）进行比较，用热交换系数和接触系数两个指标来评价其热工性能,3 喷水室处理空气，热工计算,热交换系数,理想情况：,空气：1 3水：5 3,实际情况：,空气：1 2水：5 4,3 喷水室处理空气，热工计算,热交换系数,同时考虑空气和水的状态变化。把空气状态变化的过程线沿等焓线投影到饱和曲线上，近似地将这一段饱和曲线看成直线,ts2与tw2的差值说明了热湿交换的完善度,3 喷水室处理空气，热工计算,热交换系数,也可以适用于喷水室除绝热加湿过程外的所有其它处理过程,3 喷水室处理空气，热工计算,热交换系数,绝热加湿过程,理想情况：,空气：1
9、 3水：,实际情况：,空气：1 2水：,3 喷水室处理空气，热工计算,接触系数,也叫第二热交换效率或通用热交换效率只考虑空气状态变化,由于 131与 232几何相似,3 喷水室处理空气，热工计算,绝热加湿过程,对绝热加湿过程：,3 喷水室处理空气，热工计算,的影响因素（通过试验确定）,3 喷水室处理空气，热工计算,的影响因素分析：空气质量流速,采用空气质量流速较为方便（不会随温度变化）,kg/(m2.s),单位时间内通过每m2喷水室断面的空气质量，不因温度变化而变化,3 喷水室处理空气，热工计算,的影响因素分析：空气质量流速,实验证明，增大 v可使喷水室的热交换效率系数和接触系数变大，并且在风
10、量一定的情况下可缩小喷水室的断面尺寸从而减少其占地面积。但v过大也会引起挡水板过水量及喷水室阻力的增加。所以常用的范围是2.53.5 kg/(m2.s)。,3 喷水室处理空气，热工计算,的影响因素分析：喷水系数,处理每kg空气所用的水量kg,kg水,kg空气,实践证明，在一定的范围内加大喷水系数可增大热交换效率系数和接触系数。此外，对不同的空气处理过程采用的喷水系数也应不同，其具体数值应由喷水室的热工计算确定,3 喷水室处理空气，热工计算,的影响因素分析：喷水室结构特性,喷嘴排数：喷嘴密度喷水方向排管间距喷嘴孔径,三排 双排单排。三排喷嘴并不比双排喷嘴在热工性能方面有多大优越性，所以工程上多用
11、双排喷嘴。只有当喷水系数较大、才采用三排喷嘴,3 喷水室处理空气，热工计算,的影响因素分析：喷水室结构特性,喷嘴排数：喷嘴密度喷水方向排管间距喷嘴孔径,定义：喷水室断面上布置的单排喷嘴个数。密度过大，水苗互相叠加，不能充分发挥各自的作用。密度过小，水苗不能覆盖整个断面，致使部分空气旁通而过，热交换效果降低。对Y-l型喷嘴，一般以取喷嘴密度1324为宜。当需要较大的喷水系数时，可提高喷嘴前水压的办法来解决。喷嘴前的水压也不宜大于0.25MPa，为防止水压过高此时则以增加喷嘴排数为宜。,3 喷水室处理空气，热工计算,的影响因素分析：喷水室结构特性,喷嘴排数：喷嘴密度喷水方向排管间距喷嘴孔径,单排喷
12、嘴，逆喷比顺喷热交换效果好。双排喷水室中，对喷比两排均逆喷效果好。这是因为单排逆喷和双排对喷时水苗能更好地覆盖喷水室断面的缘故。若采用三排喷嘴，则以应用一顺两逆的喷水方式为好。,3 喷水室处理空气，热工计算,的影响因素分析：喷水室结构特性,喷嘴排数：喷嘴密度喷水方向排管间距喷嘴孔径,综合考虑换热效果和占地面积，排管间距均可采用600mm,3 喷水室处理空气，热工计算,的影响因素分析：喷水室结构特性,喷嘴排数：喷嘴密度喷水方向排管间距喷嘴孔径,在其他条件相同时，喷嘴孔径小则喷出水滴细，增加了与空气的接触面积，所以热交换效果好。但是孔径小易堵塞，需要的喷嘴数量多，且对冷却干燥过程不利所以，在实际工
13、作中应优先采用孔径较大的喷嘴。,3 喷水室处理空气，热工计算,的影响因素分析：空气与水的初参数,对于结构一定的喷水室而言，空气与水的初参数决定了喷水室内热湿交换推动力的方向和大小。改变空气与水的初参数，可以导致不同的处理过程和结果。但是对同一空气处理过程面言，空气与水的初参数的变化对二个效率的影响不大，可以忽略不计。,3 喷水室处理空气，热工计算,的实际计算方法,对一定的空气处理过程而言，结构参数一定的喷水室，其两个热交换效率值只取决于v及 所以将实验数据整理成1或2与v及有关系的图表，也可以将它们整理成实验公式：,以上A，m，n均为试验系数和指数，参考附录5-1,3 喷水室处理空气，热工计算
14、,由于附录51的数据是在离心喷嘴密度为n13个(m2排)情况下得到的，当实际喷嘴密度变化较大时应引入修正系数。例如，对于双排对喷的喷水室，当m18个(m2排)时，修正系数可取0.93；当n24个(m2排)时，修正系数可取0.9。,3 喷水室处理空气，热工计算,喷水室热工计算需要考虑：需要的空气处理过程喷水室的能力,对需要的空气处理过程，以及结构参数一定的喷水室，其热工计算需满足三个条件：空气处理过程需要的1应等于喷水室能达到的1空气处理过程需要的2应等于喷水空能达到的2空气失去(或得到)的热量应等于喷水室中喷水吸收(或放出)的热量,3 喷水室处理空气，热工计算,可联立求解三个未知数,3 喷水室
15、处理空气，热工计算,在实际计算中，根据要求确定哪三个未知数而将喷水室的热工计算分成两种类型,设计计算时，要首先确定一个喷水室结构，此时为已知条件,3 喷水室处理空气，热工计算,同时有焓和湿球温度，引入,3 喷水室处理空气，热工计算,b值取决空气湿球温度本身和当地大气压力，可利用焓湿图或下表查得,3 喷水室处理空气，热工计算,在设计性计算中根据计算得到的水初温，决定采用何种冷源自然冷源人工冷源是否采用一部分循环水,平衡式,设计计算,1、初选喷水室结构，P349,3 喷水室处理空气，热工计算实例,2、列出方程,3 喷水室处理空气，热工计算实例,3、求解联立方程,4、求总喷水量,5、求喷嘴水压,3
16、喷水室处理空气，热工计算实例,6、求冷冻水量及循环水量,以上就是单级喷水室设计性的热工计算方法和步骤。,3 喷水室处理空气，热工计算实例,解得,需要处理的空气终参数为：干球16.6，湿球15.9有没有可能提高喷水温度，同时提高水量实现空气处理要求？,3 喷水室处理空气，热工计算实例,研究表明，在一定范围内改变喷水温度并相应地改变喷水系数，可以达到同样的处理效果。此时要在新的水温条件下对喷水室进行校核性计算计算所得的空气终参数与设计要求相差不多即可,根据实验，在新的水温条件下，所需喷水系数大小可以利用下面的关系式求得,3 喷水室处理空气，热工计算实例,重新选择喷水温度后进行校核计算,3 喷水室处
17、理空气，热工计算实例,重新选择喷水温度后进行校核计算,3 喷水室处理空气，热工计算实例,为满足空气处理，可以使用的最高水温是多少？,3 喷水室处理空气，阻力计算,前后挡水板的阻力喷嘴排管阻力水苗阻力,对于定型喷水室，其总阻力由试验后的数据制成表格或曲线，便于查询,3 喷水室处理空气，双级喷水室,如果被处理的空气初、终状态间焓差较大，为了节省水量又希望能有较大的水温升，可使用双级喷水室,空气焓降、大，一般都可达到饱和空气在第I级喷水室中主要是降温降焓，在第I I级喷水室中主要降湿降焓可能出现tw2 ts2的情况，1可能大于1，2可能等于1两级的喷水系数相同，可作为一个喷水室看待进行热工计算（附录5-1）,3 喷水室处理空气，双级喷水室,例，P153,3 喷水室处理空气，高速喷水室,风速增高一倍，端面减少一倍空气阻力增加，过水量的问题适用于处理风量大的场合,3 喷水室处理空气，高速喷水室,高速喷水室热工计算,热平衡热交换效率b，也就是接触系数2热交换比SWU,相当于1,理解为单位气水焓差下，每m2喷水室断面积能提供空气的最大冷量。由于它综合考虑了空气和水的状态对热交换的影响，所以其作用相当于低速喷水室的1,3 喷水室处理空气，高速喷水室,
