Файл: 2.doc

Если теплообмен происходит при постепенном остывании воды, то полное количество отданного тепла, кДж/ч, при известной начальной t_a3i4 и конечной Wj температуре воды составляет

«*=°» <^v,-²²>

Интенсивность теплоотдачи для разных отрезков времени при осты­вании воды подсчитывают по формуле (V.17) или (V.18), считая услов­ную величину Я воды с учетом перемешивания равной примерно 0,93 Вт/(м-К) [0,8 ккал/(ч-м-°С)].

Иным будет процесс теплообмена, если вода длительное время на­ходится в условиях тепловлажностного равновесия с окружающим воз­духом (например, на полу помещения). В этом случае происходит адиа­батическое испарение воды. Температура воды оказывается ниже тем­пературы воздуха и приблизительно равной температуре мокрого тер­мометра:

~ t_M. (VI.23)

В результате разности температур явное тепло конвекцией и излучением передается от помещения к воде; его количество может быть определено по формуле (V.6). В силу равновесного состояния это тепло расходуется на испарение воды и в виде энтальпии об­разовавшегося водяного пара поступает обратно в воздух помещения. В результате передачи воде конвективного тепла температура воздуха понижается, а общая энтальпия его остается практически неизменной благодаря увеличению влагосодержания и доли энтальпии поступивше­го в воздух водяного пара. Фактически энтальпия воздуха несколько увеличивается, так как энтальпия водяного пара больше конвективной доли явного тепла, переданного воде, на величину лучистой составляю­щей теплообмена, а также в результате подвода тепла путем теплопро­водности через поверхности, не соприкасающиеся с воздухом. Для ис­парения 1 кг влаги из помещения должно быть отдано 2500+1,8 t_B—с_ж£_ж, кДж, явного тепла. Количество испаряющейся влаги, кг/(ч*м²), при адиабатическом процессе приближенно может быть определено по фор­муле

/п ⁼ (6. • .6,5) 10—⁸ (/„ — /_м). (VI. 24)

Общее количество явного тепла, кДж/ч или ккал/_ч, отданного из помещения воде в этих условиях, равно:

0* = (2500+ 1,8lj i_BF (VI.25)

или

0_Ж - (597,3+ 0,43/„ -£_ж („) l_uF. (VI.25')

где F — площадь поверхности испарения.

(VL.26)

Q — бп (Хдач — /кон)*

где G_а — количество израсходованного пара; /_нач и /_КОв — соответственно началь­ная энтальпия пара и энтальпия отработавшего пара, отводимого после выполнения ме­ханической работы.

Часть пара прорывается в помещение через неплотности паропро­водов (обычно около 0,1% используемого пара) и передает воздуху пол­ное тепло, кДж/ч, равное

Q;=M0-³G_ri/_n, (VI. 27)

где /_п — энтальпия пара в паропроводах.

Температура воздуха в помещении при прорыве пара практически остается неизменной.

§ 31. Тепло- и влагообмен в аппаратах

КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Распространенными аппаратами для тепловлажностной обработки воздуха в установках кондиционирования являются форсуночные каме­ры, орошаемые насадки и другие устройства, позволяющие осущест­влять изменения его параметров в широком диапазоне. В теплый пе­риод года можно охлаждать и осушать воздух, охлаждать его при неиз менном влагосодержании, охлаждать и увлажнять его. В холодный пе­риод года используют адиабатическое увлажнение, а также контактный нагрев воздуха.

Постановка задачи расчета тепло- и влагообмена в аппаратах кон­диционирования воздуха встречает значительные трудности, что застав­ляет вводить в описание картины процесса упрощающие предпосылки и часто ограничиваться только экспериментальными данными. Экспери­ментальные характеристики получены для различных аппаратов, в ко­торых воздух специально приготовляется путем контакта с нагретой или охлажденной водой. В одних аппаратах вода разбрызгивается и воздух продувается через дождевое пространство с каплями различной дисперсности, в других она может стекать в виде пленок, образуя вспе­ненный слой или гладкую свободную поверхность. Взаимное направле­ние потоков воздуха и воды (рис. VI.1) и продолжительность их кон­такта между собой также могут быть различными.

Рассмотрим общую физическую картину процесса и влияние от­дельных факторов в логической последовательности, обычно принятой в теории тепло- и массообмена. Прежде всего следует определить тер­модинамические потенциалы и силы, а также потоки тепла и влаги, воз­никающие в системе «воздух — вода». Далее необходимо выявить рав­новесные состояния между воздухом и водой при различных их коли­чественных соотношениях и параметрах. Имея эти данные и составив ба­лансовые уравнения для воздуха и воды, а также уравнение обмена, можно рассмотреть динамику нестационарных процессов тепло- и вла­гообмена. При расчетах аппаратов кондиционирования обычно необхо­димо знать промежуточные состояния воздуха и воды в процессе их перехода от произвольного начального состояния к некоторому равно­весному конечному состоянию.

Рис. VI.1. Схемы взаимного движения воздуха и воды в камерах орошения

а — параллельный ток; б — противоток; в — перекрестный ток

5—425

chnik», 1974, № 5), полную систему «воздух — вода», включающую тол­щу воздуха и толщу воды с соответствующими пограничными слоями у поверхности раздела. Уравнения передачи тепла и влаги в соответствии с теорией тепло- и массообмена запишем с учетом взаимного влияния процессов. Для потоков явного «я» и полного «п» тепла q и влаги / от поверхности воды в воздух:

К V'_B - ⁸i VP_B; (VI.28)

^ = <7в + Ч_в\ (VI. 29)

/в ⁼⁼ " D_B ур_в fiq у/_в — Х_в ув_в. (VI.30)

Для потока тепла из воды к ее поверхности

Яж~ V^tc. (VI.31)

Граничное условие теплообмена на поверхности воды имеет вид

?в = <7в + Ч_ь = Я_ж. (VI. 32)

Для системы в целом потоки тепла и влаги определяются разностью температур и разностью потенциалов влажности толщ воздуха и воды:

</в-ж = ³^_в__{ж +} 5/А0_в__ж; (VI.33)

/в-ж - ВА в_в__ж + Б_ч Д/_В__ж. (VI.34)

В приведенных уравнениях градиенты у поверхности V и разности Д температур t, парциальных давлений водяного пара р и потенциалов

влажности 0* обозначены индексами, относящими их соответственно к

воздуху (в), воде (ж) или системе «воздух — вода» (в—ж). Эти гра­диенты и разности термодинамических потенциалов (t, р, 0) являются силами, вызывающими соответствующие потоки тепла и влаги. В урав­нениях приняты также следующие обозначения: Я_в и А_ж— проводимость тепла соответственно в воздухе и воде; 8, и б, — показатель соответ­ственно влаготепло- и тепловлагопроводности; D_B — проводимость диф­фузии водяного пара в воздухе; х_в— проводимость влаги в воздухе; К и В — коэффициент передачи соответственно тепла и влаги; 5, и £,— показатель соответственно влаготепло- и тепловлагопередачи. Показа­тели тепловлаго- и влагогепло-проводности и передачи учитывают вза­имное влияние явлений тепло- и влагообмена.

Анализ полной системы уравнений (V1.28) — (VI.34) показывает, что характерных критических точек в процессе тепло- и влагообмена воз­духа с водой не три, как это следовало из простейших представлений (см. § 15), а восемь (рис. VI.2). Эти точки соответствуют следующим состояниям:

1. — градиент температуры в воздухе у поверхности воды V(_B—0;

2. — поток явного тепла в воздухе q=0;

3. — разность температур воздуха и воды А(_в-ж=0;

4. — поток тепла от воздуха к воде <7в-ж = 0;

5. — поток тепла и градиент температуры в воде у ее поверхности <7ж=0, V^=0;

6. — поток влаги и градиент потенциала влажности в воздухе у по­верхности воды /в=0, V0_B=O, а также поток влаги /„__ж=0;

7. — градиент парциального давления водяного пара в воздухе у поверхности воды Vp_B = 0;

8. — разность потенциалов влажности воздуха и воды Д0_В__Ж = О.

Точки 0 и 9 на рис. VI.2 и VI.3 не относятся к характерным крити­ческим точкам.

На рис. VI.3 показаны кривые распределения температуры, парци­

ального давления и потенциала влажности, соответствующие этим критическим точкам.

Рис VI.2 Изображение в 1 — d-диаграм­ме критических точек процесса тепло- и влагообмена в системе «воздух — вода»

дух — вода» следует, что для полу­чения количественных результатов нужны данные о проводимости и пе­редаче тепла и влаги, а также о по­тенциале влажности влажного воз­духа.

Число Льюиса и уравнение Меркеля. Следующей важной зада­чей является выявление соотноше­ния интенсивностей тепло- и влаго­обмена, которое определяется чис­лом Льюиса. С ним связано уравне­ние Меркеля, используемое для ра­счета передачи полного (явного и скрытого) тепла. По поводу право­мерности применения этих зависи­мостей имеются довольно противоречивые мнения.

Для нахождения соотношения интенсивностей тепло- и влагообме­на (числа Льюиса) удобно воспользоваться аналогией Рейнольдса, предложенной для отыскания подобия между теплообменом и трением в турбулентном потоке жидкости.

На рис. VI.4 показаны две трактовки обменных процессов. Первая из них основана на законе Ньютона, согласно которому

<7я = а(*1 — *а); (VI. 35)

(VI.36)

Уравнение влагообмена (VI.36) написано относительно полного влагосодержания воздуха d, а не р — см. уравнение (VI.2). Это менее5)