Файл: Лекция 1 Общие сведения о кондиционировании воздуха План Предмет курса.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 42
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Раздел III Тепло- и влагообмен между воздухом и водой
Лекция № 3 Процессы тепло- и массообмена в устройствах для
кондиционирования 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, А, dА, IА, требуется довести до состояния, характеризующегося точкой Б с параметрами tБ, Б, dБ, IБ.
Р
Рис. III.1. Тепловлажностные процессы обработки воздуха на J-d-диаграмме
ассмотрим 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 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 называется коэффициентом орошения и показывает, какое количество воды, разбрызгиваемой в оросительной камере, приходится на 1 кг воздуха, проходящего через камеру.
Обозначив W / Gк через , 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 / (м2ч); 
- количество явного тепла, ккал / (м2ч); 
- количество скрытого тепла, ккал / (м2ч).
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 / (м2ч); 
- коэффициент конвективного теплообмена, ккал / (м2ч°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
Лекция № 3 Процессы тепло- и массообмена в устройствах для
кондиционирования 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, А, dА, IА, требуется довести до состояния, характеризующегося точкой Б с параметрами tБ, Б, dБ, IБ.
Р
Рис. III.1. Тепловлажностные процессы обработки воздуха на J-d-диаграммеассмотрим 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 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 называется коэффициентом орошения и показывает, какое количество воды, разбрызгиваемой в оросительной камере, приходится на 1 кг воздуха, проходящего через камеру.
Обозначив W / Gк через , 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 / (м2ч); - количество явного тепла, ккал / (м2ч); - количество скрытого тепла, ккал / (м2ч).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 / (м2ч); - коэффициент конвективного теплообмена, ккал / (м2ч°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