熱質(zhì)交換原理與設(shè)備chapter newPPT課件

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1、 4.1.1幾個(gè)相關(guān)概念 (1) 空氣調(diào)節(jié)：對(duì)空氣的溫濕度進(jìn)行處理，使之達(dá)到要求。 (2) 新風(fēng)：室外經(jīng)過(guò)熱質(zhì)交換設(shè)備處理后進(jìn)入室內(nèi)的新鮮空氣。用途：滿足室內(nèi)人員的衛(wèi)生要求，補(bǔ)充室內(nèi)的正壓。 (3) 熱舒適性：人體對(duì)周圍環(huán)境的熱舒適性感覺(jué)。 (4) 濕空氣焓濕圖：濕空氣狀態(tài)參數(shù)及其變化特征的曲線。包括：等焓線，等濕線，等溫線，等相對(duì)濕度線。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第1頁(yè)/共48頁(yè) (5) 回風(fēng)：從室內(nèi)引出的空氣，經(jīng)過(guò)熱質(zhì)交換設(shè)備處理后再次進(jìn)入室內(nèi)的空氣。 (6) 送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)：為保持室內(nèi)環(huán)境參數(shù)要求送入房間的空氣狀態(tài)。 (7) 夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)工況：舒適性空調(diào)參數(shù)：溫度2428，相對(duì)濕度4060%，

2、風(fēng)速0.3m/s (8) 冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)工況：舒適性空調(diào)參數(shù)：溫度1822，相對(duì)濕度4060%，風(fēng)速0.2m/s第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第2頁(yè)/共48頁(yè) 4.1.3空氣熱質(zhì)處理的各種方案 同一送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)可以有不同的處理途徑第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第3頁(yè)/共48頁(yè)第4頁(yè)/共48頁(yè) 4.1.3 空氣熱質(zhì)處理設(shè)備（1）.混合式熱質(zhì)交換設(shè)備：噴淋濕室，蒸汽加濕器，局部補(bǔ)充加濕裝置，液體吸濕劑。（2）.間壁式熱質(zhì)交換設(shè)備：空氣加熱器和表冷器。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第5頁(yè)/共48頁(yè) 4.2空氣與固體表面之間的熱質(zhì)交換 4.2.1濕空氣在冷表面上的冷卻降濕第4章 空氣熱質(zhì)處理方法wt物理模型解釋第6頁(yè)/共4

3、8頁(yè) 濕空氣和水膜在無(wú)限小的微元面積dA上的熱、質(zhì)交換量第4章 空氣熱質(zhì)處理方法G為濕空氣的質(zhì)量流量，kgs； d、di分別為濕空氣主流和緊靠水膜飽和空氣的含濕量，kgkg干空氣； t、ti分別為濕空氣主流和凝結(jié)水膜的溫度，； h為濕空氣側(cè)的換熱系數(shù)，W( m2K)； hmd為以含濕量為基準(zhǔn)的傳質(zhì)系數(shù)。dAtthdtGcip)( 第7頁(yè)/共48頁(yè) 假定水膜和金屬表面的熱阻可不計(jì)，則單位面積上冷卻劑的傳熱量為：第4章 空氣熱質(zhì)處理方法熱平衡第8頁(yè)/共48頁(yè) 劉伊斯關(guān)系式第4章 空氣熱質(zhì)處理方法得到：麥凱爾（Merkel）方程式（顯熱潛熱）結(jié)論：濕空氣主流與與靠近水膜飽和空氣的焓差是熱、質(zhì)交換的推

4、動(dòng)力。第9頁(yè)/共48頁(yè) 4.2.2 濕空氣在助片上的冷卻降濕過(guò)程第4章 空氣熱質(zhì)處理方法物理模型解釋2Fq1Fq第10頁(yè)/共48頁(yè) 條件： （1）熱、質(zhì)傳遞過(guò)程是穩(wěn)定的； （2）肋片的導(dǎo)熱系數(shù)、肋根溫度t FB均為定值； （3）金屬肋片只有X方向的導(dǎo)熱，肋片外的水膜只有y方向的導(dǎo)熱。 在X方向的斷面上的導(dǎo)熱量為：第4章 空氣熱質(zhì)處理方法在dX微元體上的導(dǎo)熱增量為：012FFFqqdq第11頁(yè)/共48頁(yè) 在dX的微元體上，凝結(jié)水膜與肋片的傳熱量為：第4章 空氣熱質(zhì)處理方法空調(diào)溫度范圍內(nèi)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，飽和空氣的焓可近似用下式表示為：a、b分別為計(jì)算空氣焓的簡(jiǎn)化系數(shù)tbai與導(dǎo)熱增量平衡wwt

5、baiFFtbai第12頁(yè)/共48頁(yè) dX的微元體上，濕空氣和水膜的總傳熱量為：第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第13頁(yè)/共48頁(yè)由導(dǎo)熱表達(dá)式得：FFiiiFDFibhdxdq2222dxidbydxdqFFFF能量平衡第14頁(yè)/共48頁(yè) 邊界條件第4章 空氣熱質(zhì)處理方法肋根部肋頂部FFiii對(duì)于肋頂部（無(wú)導(dǎo)熱量）0dxdtF0dxdiF0)(dxiddxiidFF 空氣的i近似作為常量第15頁(yè)/共48頁(yè) 由 的求解值計(jì)算肋效率第4章 空氣熱質(zhì)處理方法濕肋的肋效率定義：空氣焓與肋片平均溫度對(duì)應(yīng)焓的差 與空氣焓與肋片根部溫度對(duì)應(yīng)焓的差的比值FiL肋片長(zhǎng)度第16頁(yè)/共48頁(yè) 4.3空氣與水直接接觸時(shí)的熱濕

6、交換 4.3.1熱濕交換原理 空氣與水直接接觸時(shí)，既有顯熱交換又有潛熱交換，并伴有質(zhì)交換 結(jié)論：溫差是熱交換的推動(dòng)力（高溫向低溫傳遞），水蒸氣分壓力差是質(zhì)交換的推動(dòng)力（高分壓向低分壓傳遞）。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第17頁(yè)/共48頁(yè)第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第18頁(yè)/共48頁(yè) 當(dāng)空氣與水在一微元面積dA（ m2）上接觸時(shí)，空氣溫度變化為dt，含濕量變化為 d(d)，顯熱交換量將是：第4章 空氣熱質(zhì)處理方法濕交換量第19頁(yè)/共48頁(yè)第4章 空氣熱質(zhì)處理方法潛熱交換量總熱交換量第20頁(yè)/共48頁(yè) 總熱交換量與顯熱交換量之比稱為換熱擴(kuò)大系數(shù)，或析濕系數(shù)第4章 空氣熱質(zhì)處理方法水側(cè)總熱交換量熱交換量平衡

7、第21頁(yè)/共48頁(yè)4.3.2空氣與水直接接觸時(shí)的狀態(tài)變化過(guò)程假想條件下的熱質(zhì)交換：(1) 與空氣接觸的水量無(wú)限大，這樣水溫在整個(gè)過(guò)程中不發(fā)生變化，空氣一直是與同一溫度下的水進(jìn)行換熱。(2) 接觸時(shí)間無(wú)限長(zhǎng)，由于水量無(wú)限大，時(shí)間足夠長(zhǎng)，空氣溫度都能達(dá)到水溫，而且能達(dá)到飽和狀態(tài)，所以終狀態(tài)是溫度為水溫的飽和狀態(tài)。第22頁(yè)/共48頁(yè) 七種典型過(guò)程的特點(diǎn)第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第23頁(yè)/共48頁(yè)2t露點(diǎn)溫度wt水溫st濕球溫度干球溫度At熱、質(zhì)傳遞與溫度、分壓力的關(guān)系分析第24頁(yè)/共48頁(yè)接觸時(shí)間充分，但水量有限的情況分析熱質(zhì)空氣水水表層飽和空氣水蒸氣分壓力由水溫決定第25頁(yè)/共48頁(yè)接觸時(shí)間充分，但

8、水量有限的情況分析空氣水從空氣入口開(kāi)始分析第26頁(yè)/共48頁(yè)接觸時(shí)間充分，但水量有限的情況分析熱質(zhì)空氣水第27頁(yè)/共48頁(yè) 4.3.3空氣和水直接接觸時(shí)的增濕和減濕 顯熱 h(t-tb) 潛熱 r.hmd(d-db) dQz = h (t-tb) + r hmd (d-db) dA第4章 空氣熱質(zhì)處理方法麥凱爾方程第28頁(yè)/共48頁(yè) 4.3. 4.1 焓差是總熱交換推動(dòng)力第4章 空氣熱質(zhì)處理方法總熱交換量即為焓差 i顯熱潛熱總熱第29頁(yè)/共48頁(yè)總結(jié)：顯熱和潛熱傳遞的方向 （1）當(dāng)空氣與水直接接觸時(shí)，從空氣側(cè)而言：空氣達(dá)到一定的狀態(tài)為換熱目的（板書畫圖） Ts1濕球溫度； Tw水溫； T1干球

9、溫度 TL1露點(diǎn)溫度 l）總熱交換量以空氣初狀態(tài)的濕球溫度Ts1為界，當(dāng)水溫 時(shí)，空氣為增焓過(guò)程，總熱流方向向著空氣；當(dāng) 時(shí)，空氣為減焓過(guò)程，總熱流方向向著水。 2）顯熱交換量以空氣初狀態(tài)的干球溫度T1為界，當(dāng)TwT1時(shí)，空氣失去顯熱，但是總熱流方向還要看潛熱流量而定;當(dāng)TwT1時(shí)，空氣獲得顯熱。第30頁(yè)/共48頁(yè)總結(jié)：顯熱和潛熱傳遞的方向 （1）當(dāng)空氣與水直接接觸時(shí)，從空氣側(cè)而言：空氣達(dá)到一定的狀態(tài)為換熱目的 3）潛熱交換以空氣初狀態(tài)的露點(diǎn)溫度TL1為界，當(dāng)TwTL1時(shí)，空氣得到潛熱量，當(dāng)TwTL1時(shí)，空氣失去潛熱量。同樣，總熱流方向還要看顯熱流量而定。 4）當(dāng)水溫TwT1時(shí)，顯熱、潛熱都向

10、著空氣，總熱流方向總是向著空氣。第31頁(yè)/共48頁(yè) （2）當(dāng)空氣與水直接接觸時(shí)，從水側(cè)而言：水達(dá)到一定的狀態(tài)為換熱目的 1）對(duì)于水來(lái)說(shuō)，當(dāng)TwT1時(shí)， 的熱流都由水流向空氣，所以水溫降低； 2）當(dāng) 時(shí)， 的熱流方向雖然相反，但是總熱流o，即熱流仍由水流向空氣，所以水溫仍然降低； 3）當(dāng) 此時(shí)熱流量等于零，所以水溫不變； 4）當(dāng) ，熱流方向由空氣流向水面，所以水溫升高。第32頁(yè)/共48頁(yè)（1）吸附、吸附劑和吸附質(zhì) 吸附（adsorption）就是把分子配列程度較低的氣相分子濃縮到分子配列程度較高的固相中。氣體分子附著在固體表面上的過(guò)程。 使氣體濃縮的物體叫做吸附劑（adsorbent），被濃縮的

11、物質(zhì)叫做吸附質(zhì)（adsorbate）。 例如，當(dāng)某固體物質(zhì)吸附水蒸氣時(shí)，此固體物質(zhì)就是吸附劑（CaCl2等），水蒸氣就是吸附質(zhì)。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第33頁(yè)/共48頁(yè) 空氣干燥循環(huán) 吸附空氣中水蒸氣的吸附劑稱為干燥劑（限定）。干燥劑的吸濕和放濕是由干燥劑表面的蒸汽壓與環(huán)境空氣的蒸汽壓差決定的： 當(dāng)干燥劑表面的蒸汽壓較低時(shí)，干燥劑吸濕，反之放濕，兩者相等時(shí)，達(dá)到平衡，即既不吸濕，也不放濕。 當(dāng)表面水蒸氣分壓超過(guò)周圍空氣分壓時(shí)，干燥劑脫濕，這個(gè)過(guò)程稱為干燥劑再生過(guò)程第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第34頁(yè)/共48頁(yè) 圖4-19顯示了干燥劑吸濕量與其表面蒸氣分壓力間的關(guān)系：吸濕量增加，表面蒸汽壓力也隨之

12、增加。第35頁(yè)/共48頁(yè) 圖4-20顯示了溫度對(duì)干燥劑蒸汽壓的影響（干燥劑自身的特點(diǎn)）。相同吸濕量下，溫度升高，表面蒸氣分壓增大。說(shuō)明溫度升高有利于脫濕。第36頁(yè)/共48頁(yè) 圖421表示了這一完整的循環(huán)過(guò)程。干燥劑加熱干燥后，水蒸氣被脫附后，還需降溫，才能返回最初狀態(tài)，繼續(xù)吸附。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第37頁(yè)/共48頁(yè) 固體除濕器旋轉(zhuǎn)式 旋轉(zhuǎn)式是通過(guò)轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，使被除濕的氣流所流經(jīng)的轉(zhuǎn)輪除濕器的扇形部分對(duì)濕空氣進(jìn)行除濕，而再生氣流流過(guò)的剩余扇形部分同時(shí)進(jìn)行吸附劑的再生。被除濕的處理氣流和再生氣流一般逆流流動(dòng)。轉(zhuǎn)輪式除濕器可以連續(xù)工作、操作簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護(hù)，所以在空調(diào)領(lǐng)域常被應(yīng)用（圖4

13、-24）。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第38頁(yè)/共48頁(yè) 旋轉(zhuǎn)式第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第39頁(yè)/共48頁(yè) 當(dāng)需要除濕的被處理空氣空氣中所含的水蒸氣大部分被除濕輪中的吸濕劑吸收并放出吸附熱（近似于潛熱）。于是通過(guò)除濕輪吸濕區(qū)的被處理空氣成為濕度降低溫度升高的干燥空氣從除濕輪的另一側(cè)流出。 用作再生的空氣經(jīng)加熱器加熱到預(yù)定的溫度，流入除濕輪，并從旋轉(zhuǎn)著的除濕輪再生區(qū)通道中流過(guò)，吸濕劑溫度升高，使其所含水分汽化并被再生空氣帶走，從除濕輪的另一側(cè)流出。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第40頁(yè)/共48頁(yè) 吸附法處理空氣的優(yōu)點(diǎn)（1）利用吸附材料降低空氣中的含濕量，是除濕技術(shù)中一種常用的方法，具有許多不同于其他除濕方

14、式（如低溫露點(diǎn)除濕）的優(yōu)點(diǎn)：吸附除濕不需要對(duì)空氣進(jìn)行冷卻（減少能耗），吸附除濕噪聲低。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第41頁(yè)/共48頁(yè)（2）由于其他方式（如，表冷器）除濕后的空氣溫度過(guò)低，往往還需將空氣加熱到適宜的送風(fēng)狀態(tài)；由于冷媒溫度較低，使一些直接利用天然冷源的空調(diào)方式無(wú)法應(yīng)用，而浪費(fèi)了能源（如利用深井水作冷源）。（3）此外，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中表冷器產(chǎn)生的冷凝水易產(chǎn)生霉菌，會(huì)影響室內(nèi)空氣質(zhì)量。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第42頁(yè)/共48頁(yè) 吸收劑處理空氣的機(jī)理 吸收現(xiàn)象簡(jiǎn)介 吸收（absorption）是用適當(dāng)?shù)囊后w吸收劑來(lái)吸收氣體或氣體混合物中的某種組分的一種操作過(guò)程。例如，用溴化鋰水溶液來(lái)吸收水蒸氣

15、，用水來(lái)吸收氨氣等。 以吸收水蒸氣為例：吸收的推動(dòng)力是溶液表面的某氣態(tài)物質(zhì)的分壓力與氣流主體中此氣體分壓力差，如果溶液表面壓力小于主體壓力，吸收過(guò)程進(jìn)行；反之，為再生過(guò)程。可以通過(guò)調(diào)整溶液的溫度、濃度來(lái)調(diào)整溶液表面的壓力。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第43頁(yè)/共48頁(yè) 吸收劑處理空氣的機(jī)理除濕劑的表面蒸汽壓 由于被處理空氣的水蒸氣分壓力與除濕溶液的表面蒸汽壓之間的壓差是水分由空氣向除濕溶液傳遞的驅(qū)動(dòng)力，因而除濕溶液表面蒸汽壓越低，在相同的處理?xiàng)l件下，溶液的除濕能力越強(qiáng)，與所接觸的濕空氣達(dá)到平衡時(shí)，濕空氣具有更低的含濕量。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第44頁(yè)/共48頁(yè) 液體除濕劑的類型和性能 用于吸收水

16、蒸氣的溶液有：溴化鋰、氯化鋰、氯化鈣、三甘醇、二甘醇等。 在液體除濕劑為循環(huán)工質(zhì)的除濕空調(diào)系統(tǒng)中，除濕劑的特性對(duì)于系統(tǒng)性能有著重要的影響，直接關(guān)系到系統(tǒng)的除濕效率和運(yùn)行情況。所期望的除濕劑特性有： l）相同的溫度、濃度下，除濕劑表面蒸汽壓較低，使得與被處理空氣中水蒸氣分壓力之間有較大的壓差，即除濕劑有較強(qiáng)的吸濕能力。 2）除濕劑對(duì)于空氣中的水分有較大的溶解度，這樣可提高吸收率并減小液體除濕劑的用量。 第45頁(yè)/共48頁(yè) 3）除濕劑在對(duì)空氣中水分有較強(qiáng)吸收能力的同時(shí)，對(duì)混合氣體中的其他組分基本不吸收或吸收甚微，否則不能有效實(shí)現(xiàn)分離。 4）低粘度，以降低泵的輸送功耗，減小傳熱阻力。 5）高沸點(diǎn)，低凝固點(diǎn)（防止相變，穩(wěn)定循環(huán)）。 6）除濕劑性質(zhì)穩(wěn)定，低揮發(fā)性，低腐蝕性，無(wú)毒性。 7）價(jià)格低廉，容易獲得。第4章 空氣熱質(zhì)處理方法第46頁(yè)/共48頁(yè)作業(yè)P1726，10，13，16第47頁(yè)/共48頁(yè)感謝您的觀看！第48頁(yè)/共48頁(yè)