Нагревание и охлаждение влажного воздуха в поверхностных теплообменниках

Нагревание влажного воздуха при его контакте с сухой поверхностью, имеющей более высокую температуру, происходит при постоянном влагосодержании.

Если известно начальное состояние воздуха (точка 1), то новое его состояние после нагревания на J-d диаграмме определится как точка пересечения линии d₁ = d₂ = const и линии изотермы t₂ (рисунок). Для точки 2, так же как и для точки 1, можно определить все необходимые параметры и, в частности, начальное и конечное значения энтальпии J₁ и J₂. Зная разность J₂ - J₁ и количество сухого воздуха, которое надо нагреть в единицу времени, G_c, кг/ч, можно определить количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха Q_т:

Q_т = G_c(J₂ - J₁).

G_c - масса сухой части воздуха, равная

,

где G_в - масса влажного воздуха.

Рисунок.

При охлаждении влажного воздуха в поверхностных воздухоохладителях до температуры t₃ выше температуры точки росы t_p, процесс изображается линией d₃ = d₁ = const (рисунок).

Рисунок.

Количество теплоты, отводимой от воздуха при охлаждении от состояния 1 до состояния 3, определяется по формуле

Q_х = G_c(J₁ – J₃).

Это количество теплоты составляет расчетную холодопроизводительность поверхностного воздухоохладителя.

Если охлаждение влажного воздуха осуществляется до температуры, которая ниже температуры точки росы, то на поверхности воздухоохладителя происходит частичная конденсация водяного пара, находящегося во влажном воздухе.

Рисунок.

Расчетную холодопроизводительность поверхностного воздухоохладителя определяют по формуле

Q_х = G_c(J₁ – J_а).

Массу сконденсированной влаги вычисляют по формуле

М_в = G_c(d₁ – d_a).

Рассмотренных предельных случаев в действительности не бывает. Реальный процесс изменения состояния воздуха в воздухоохладителе протекает по кривой, расположенной внутри треугольника 1-Р-А, и относительная влажность охлажденного воздуха обычно меньше 100%.

Лекция 9 Построение процессов обработки воздуха в j-d диаграмме (контакт с водой, увлажнение паром, осушение адсорбентами и абсорбентами)

Изменение состояния ненасыщенного влажного воздуха при контакте с водой

В кондиционировании воздуха широко используются аппараты, в которых воздух взаимодействует с пленкой или распыленными каплями воды, имеющими различную температуру.

Обычно предполагают, что непосредственно над поверхностью капель или пленки воды находится тонкий слой воздуха, полностью насыщенный водяным паром и имеющий температуру, равную температуре воды.

В этом случае процесс тепло- и массообмена между влажным воздухом и водой можно рассматривать как процесс смешения основного потока воздуха с насыщенным воздухом над поверхностью воды.

Используя указанное предположение, А.А. Гоголин сформулировал правило, называемое законом прямой линии: при взаимодействии влажного воздуха с водой, имеющей постоянную температуру, изменение его состояния изображается на J-d диаграмме прямой, проходящей через точку начального состояния воздуха и точку на линии насыщения ( = 100%) с температурой, равной температуре воды.

При большой поверхности и длительном времени контакта процесс продолжается до тех пор, пока воздух не станет насыщенным и не примет температуру воды.

Вся область возможных изменений параметров воздуха начального состояния, заданного на J-d диаграмме точкой А, ограничивается прямыми АВ и АС, проведенными из точки А касательно к кривой насыщения (рисунок). При этом в зависимости от температуры воды можно выделить следующие зоны.

Зона 1. Температура воды ниже температуры точки росы обрабатываемого воздуха. В результате взаимодействия влажного воздуха с водой такой температуры уменьшаются: энтальпия, температура и влагосодержание воздуха, т.е. происходят процессы охлаждения и осушения воздуха.

Зона 2. Температура воды равна температуре точки росы. В этом процессе уменьшаются энтальпия и температура воздуха при постоянном влагосодержании.

Рисунок. Возможные процессы взаимодействия влажного воздуха и воды:

1...7 - зоны процессов

Зона 3. Температура воды выше температуры точки росы воздуха, но ниже его температуры по мокрому термометру. При обработке воздуха увеличивается его влагосодержание, но уменьшаются энтальпия и температура, следовательно, воздух увлажняется и охлаждается.

Зона 4. Температура воды равна температуре воздуха по мокрому термометру. Такой процесс называют адиабатным увлажнением воздуха циркулирующей водой. Это единственный реальный процесс, при котором температура воды остается постоянной.

Зона 5. Температура воды выше температуры воздуха по мокрому термометру, но ниже его температуры по сухому термометру. При контакте с такой водой влагосодержание и энтальпия воздуха возрастают, а его температура по сухому термометру снижается. Однако, поскольку процесс увлажнения сопровождается ростом энтальпии, такой процесс следует считать процессом увлажнения и нагревания.

Зона 6. Температура воды равна температуре воздуха по сухому термометру. В этом случае происходит рост влагосодержания и энтальпии воздуха, а его температура по сухому термометру остается постоянной.

Зона 7. Температура воды выше температуры воздуха по сухому термометру. Процесс протекает так же, как в зоне 6, но одновременно происходит повышение температуры воздуха.

В реальных аппаратах расход воды и поверхность контакта имеют конечные значения, и температура воды в процессе тепло- и массообмена не может быть постоянной (кроме режима адиабатного увлажнения). Поэтому фактические процессы изменения состояния влажного воздуха при его обработке водой изображаются кривыми линиями, направленными из точки начального состояния воздуха к точке на кривой насыщения, соответствующей конечной температуре воды. Причем относительная влажность воздуха, выходящего из контактного аппарата, практически равна 85...95%.