热质交换原理与设备.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4.3 空气与水直接接触时的热湿交换,4.3.1 热湿交换原理,显热交换是空气与水之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果。,潜热交换是空气中的水蒸汽凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。,总热交换是显热交换和潜热交换的代数和。,例：风机盘管性能参数,显热,潜热,全热,空气与水接触时的热湿交换,当空气与敞开水面或飞溅水滴表面接触时，水分子作不规则运动的结果，在贴近水表面处存在一个温度等于水表面温度的饱和空气边界层，边界层的水蒸汽分压力取决于水表面温度。边界层内水蒸汽分压力大于主体空气的水蒸汽分压力，水蒸汽分子由边界层向主体空气迁移；反之，水蒸汽分子将由主体空气向边界层迁移。,1.空气与水在一微元面积dA（m2）上接触，空气温度变化为dt，含湿量变化为d（d），显热交换量将是：,dG与水接触的空气量，kg/s；,h空气与水表面间显热交换系数，W/（m2）；,t、t,b,主体空气和边界层空气温度，。,2.湿交换量将是：,3.潜热交换量：,4.总热交换量：,总热交换量与显热交换量之比称为换热扩大系数:,从水侧看，若水温变化为dt,w,，总热交换量可写成：,W,与空气接触的水量，kg/s,；,c,p,水的定压比热，kJ/（kg）,。,在稳定工况下，空气与水之间热交换量总是平衡的，即：,理论上，换热设备换热量的确定：沿整个接触面积积分,4.3.2 空气与水直接接触时的状态变化过程,空气与水直接接触时，空气与水的热湿交换过程可以视为主体空气与边界层空气不断混合的过程。,假定与空气接触的水量无限大，接触时间无限长，即在假想条件下，全部空气都能达到水温下的饱和状态点。,空气的终状态点将位于i-d图的饱和曲线上，且空气终温将等于水温。,，随着水温不同可以得到,七种典型空气状态变化过程。,A-2空气增湿和减湿的分界线，,A-4空气增焓和减焓的分界线，,A-6空气升温和降温的分界线。,(1)A-1过程:水温低于空气露点温度。,此时t,w,t,1,t,A,和P,q1,P,qA,，空气被冷却和干燥。,(2)A-2过程:水温等于空气露点温度,此时t,w,t,A,和P,q1,=P,qA,，空气被等湿冷却。,(3)A-3过程:水温高于空气露点温度而低于空气湿球温度,此时t,w,P,qA,，空气被冷却和加湿。,(4)A-4过程:水温等于空气湿球温度,等湿球温度线与等焓线相近，空气沿等焓线变化而被加湿。总热交换量近似为零，而且t,w,P,qA,，空气的显热量减少、潜热量增加，二者近似相等。,(5)A-5过程:水温高于空气湿球温度而低于空气干球温度,此时t,w,P,qA,，空气被加湿和冷却。水蒸发所需热量部分来自空气，部分来自水。,(6)A-6过程:水温等于空气干球温度,此时t,w,=t,A,P,q6,P,qA,，不发生显热交换，空气状态变化过程为等温加湿。水蒸发所需热量来自水本身。,(6)A-7过程:水温高于空气干球温度,此时t,w,t,A,和P,q7,P,qA,，空气被加热和加湿。水蒸发所需热量及加热空气的热量均来自于水本身。,以冷却水为目的的湿空气冷却塔内发生的便是这种过程。,如果在空气处理设备中空气与水的,接触时间足够长,，但,水量有限,，即所谓理想过程，则除tw=ts的热湿交换过程外，水温都将发生变化，空气状态变化过程也就不是一条直线。,水初温低于空气露点温度，水与空气的运动方向相同的情况进行分析,用喷淋室处理空气时的理想过程,(1)在开始阶段：,(2)第二阶段：,(3)依次类推：,得到一条表示空气状态变化过程的折线。过程线接近一条曲线，而且在热湿交换充分完善的条件下空气状态变化的终点将在饱和曲线上，温度将等于水终温；,对逆流情况，用同样的方法分析得到一条向另外方向弯曲的曲线。,接触时间有限，空气状态的实际变化过程既不是直线，也难于达到与水的终温（顺流）或初温（逆流）相等的饱和状态。空气状态的实际变化过程既不是直线，也难以达到与水的终温或初温相等的饱和状态。,4.3.3 空气和水直接接触时的对流增湿和减湿,建立了热量和质量交换间的联系。适用于部分空气处理过程：冷却干燥，等温加湿，加热加湿，及表冷器处理空气的过程。,刘易斯关系式,即,在热质交换同时进行时，如果符合刘伊斯关系式的条件存在，则推动总热交换的动力是空气的焓差。,4.3.4 影响空气与水表面之间热质交换的主要因素,1、焓差是总热交换的推动力,水与空气总的换热量为：,空气,水,显热交换,潜热交换,总热交换量=显热交换+潜热交换,(5)A-5过程:水温高于空气湿球温度而低于空气干球温度,(3)A-3过程:水温高于空气露点温度而低于空气湿球温度,从水侧看，若水温变化为dtw，总热交换量可写成：,用喷淋室处理空气时的理想过程,水初温低于空气露点温度，水与空气的运动方向相同的情况进行分析,A-2空气增湿和减湿的分界线，,边界层内水蒸汽分压力大于主体空气的水蒸汽分压力，水蒸汽分子由边界层向主体空气迁移；,（2）水滴大小对水膜阻力的影响,在稳定工况下，空气与水之间热交换量总是平衡的，即：,A-6空气升温和降温的分界线。,总热交换是显热交换和潜热交换的代数和。,此时twtA和Pq1=PqA，空气被等湿冷却。,h空气与水表面间显热交换系数，W/（m2）；,建立了热量和质量交换间的联系。,(5)A-5过程:水温高于空气湿球温度而低于空气干球温度,空气与水接触时总热流量的方向,：空气的露点温度,：空气的湿球温度,：空气的干球温度,：总热交换量，空气得热量为正,当空气与水接触时，从空气侧而言：,总热交换量以空气初状态的湿球温度为界；显热交换以空气初状态的干球温度为界；潜热交换以空气初状态的露点温度为界,当空气与水接触时，从水侧而言：,2、气液之间的双膜阻力是热质交换的控制因素,焓差推动力与温差推动力之比，正比与两膜阻力之比，即膜阻力越大，需要的推动力越大,双膜阻力是热质交换的控制因素，影响两膜阻力的因素也就是影响热质交换的因素。,（1）空气流动状况对气膜阻力的影响,流速大，Re数增大，气膜变薄，显热交换系数和总热交换系数都增大。但气水接触时间变短，不利于热质交换充分进行。,（2）水滴大小对水膜阻力的影响,A-4空气增焓和减焓的分界线，,A-6空气升温和降温的分界线。,5 空气与水表面的热质交换系数,总热交换量以空气初状态的湿球温度为界；,h空气与水表面间显热交换系数，W/（m2）；,：总热交换量，空气得热量为正,潜热交换以空气初状态的露点温度为界,在热质交换同时进行时，如果符合刘伊斯关系式的条件存在，则推动总热交换的动力是空气的焓差。,2 空气与水直接接触时的状态变化过程,cp水的定压比热，kJ/（kg）。,总热交换量以空气初状态的湿球温度为界；,显热交换以空气初状态的干球温度为界；,cp水的定压比热，kJ/（kg）。,此时twtA和Pq1=PqA，空气被等湿冷却。,反之，水蒸汽分子将由主体空气向边界层迁移。,显热交换以空气初状态的干球温度为界；,等湿球温度线与等焓线相近，空气沿等焓线变化而被加湿。,得到一条表示空气状态变化过程的折线。,（3）淋水装置的填料材料和结构对于热质交换的影响,（4）水气比的影响,4.3.5 空气与水表面的热质交换系数,简单边界条件下的热质交换系数-前一章内容,实际设备中，边界条件和过程复杂，无法理论计算，一般以实验数据为基础。,=f（空气与水的初参数，热质交换设备的结构特性，空气质量流速 以及水气比,冷却塔、喷淋室、表冷器的湿工况和干工况,