热质交换原理与设备(chapter4-new)课件

本章重点：1.空气热质处理的主要的技术原理和方法4.1空气热质处理的途径4.1.1几个相关概念(1)空气调节：对空气的温湿度进行处理，使之达到要求。(2)新风：室外经过热质交换设备处理后进入室内的新鲜空气。用途：满足室内人员的卫生要求，补充室内的正压。(3)热舒适性：人体对周围环境的热舒适性感觉。(4)湿空气焓湿图：湿空气状态参数及其变化特征的曲线。包括：等焓线，等湿线，等温线，等相对湿度线。(5)回风：从室内引出的空气，经过热质交换设备处理后再次进入室内的空气。(6)送风状态点：为保持室内环境参数要求送入房间的空气状态。(7)夏季室内设计工况：舒适性空调参数：温度2428，相对湿度4060%，风速0.3m/s(8)冬季室内设计工况：舒适性空调参数：温度1822，相对湿度4060%，风速0.2m/s4.1.3空气热质处理的各种方案同一送风状态点可以有不同的处理途径4.1.3 空气热质处理设备（1）.混合式热质交换设备：喷淋湿室，蒸汽加湿器，局部补充加湿装置，液体吸湿剂。（2）.间壁式热质交换设备：空气加热器和表冷器。4.2空气与固体表面之间的热质交换4.2.1湿空气在冷表面上的冷却降湿物理模型解释物理模型解释湿空气和水膜在无限小的微元面积dA上的热、质交换量G为湿空气的质量流量，为湿空气的质量流量，kgs；d、di分别为湿空气主流和紧靠水膜饱和空气的含分别为湿空气主流和紧靠水膜饱和空气的含湿量，湿量，kgkg干空气；干空气；t、ti分别为湿空气主流和凝结水膜的温度，分别为湿空气主流和凝结水膜的温度，；h为湿空气侧的换热系数，为湿空气侧的换热系数，W(m2K)；hmd为以含湿量为基准的传质系数。为以含湿量为基准的传质系数。假定水膜和金属表面的热阻可不计，则单位面积上冷却剂的传热量为：热平衡热平衡刘伊斯关系式得到：麦凯尔（得到：麦凯尔（Merkel）方程式（显热潜热）方程式（显热潜热）结论：湿空气主流与与靠近水膜饱和空气的焓差是结论：湿空气主流与与靠近水膜饱和空气的焓差是热、质交换的推动力。热、质交换的推动力。4.2.2 湿空气在助片上的冷却降湿过程物理模型解释物理模型解释条件：（1）热、质传递过程是稳定的；（2）肋片的导热系数、肋根温度t FB均为定值；（3）金属肋片只有X方向的导热，肋片外的水膜只有y方向的导热。在X方向的断面断面上的导热量为：在在dX微元体上的导热增量为：微元体上的导热增量为：在dX的微元体上，凝结水膜与肋片的传热量为：空调温度范围内，为了简化计算过程，饱和空气空调温度范围内，为了简化计算过程，饱和空气的焓可近似用下式表示为：的焓可近似用下式表示为：a、b分别为计算空气焓的简化系数分别为计算空气焓的简化系数与导热增量平衡与导热增量平衡dX的微元体上，湿空气和水膜的总传热量为：由导热表达式得：能量平衡能量平衡边界条件肋根部肋顶部对于肋顶部（无导热量）空气的i近似作为常量由 的求解值计算肋效率湿肋的肋效率定义：空气焓与肋片平均温度对应焓的差湿肋的肋效率定义：空气焓与肋片平均温度对应焓的差 与空气焓与肋片根部温度对应焓的差的比值与空气焓与肋片根部温度对应焓的差的比值L肋片长度肋片长度4.3空气与水直接接触时的热湿交换4.3.1热湿交换原理空气与水直接接触时，既有显热交换又有潜热交换，并伴有质交换结论：温差是热交换的推动力（高温向低温传递），水蒸气分压力差是质交换的推动力（高分压向低分压传递）。当空气与水在一微元面积dA（m2）上接触时，空气温度变化为dt，含湿量变化为 d(d)，显热交换量将是：湿交换量湿交换量潜热交换量潜热交换量总热交换量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，或析湿系数水侧总热交换量水侧总热交换量热交换量平衡热交换量平衡4.3.24.3.2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的状态变化过程假想条件下的热质交换：(1)与空气接触的水量无限大，这样水温在整个过程中不发生变化，空气一直是与同一温度下的水进行换热。(2)接触时间无限长，由于水量无限大，时间足够长，空气温度都能达到水温，而且能达到饱和状态，所以终状态是温度为水温的饱和状态。七种典型过程的特点露点温度露点温度水温水温湿球温度湿球温度干球温度干球温度热、质传递与温度、热、质传递与温度、分压力的关系分析分压力的关系分析假定：水初温低于假定：水初温低于空气露点温度，水空气露点温度，水与空气运动方向相与空气运动方向相同（顺流）的情况同（顺流）的情况热热质质空气空气水水水表层饱和空气水蒸水表层饱和空气水蒸气分压力由水温决定气分压力由水温决定水初温低于空气露水初温低于空气露点温度，水与空气点温度，水与空气运动方向相反（逆运动方向相反（逆流）的情况；流）的情况；逆流和顺流的差异逆流和顺流的差异弯曲方向相反弯曲方向相反空气空气水水从空气入口开从空气入口开始分析始分析水初温高于空气温水初温高于空气温度，水与空气运动度，水与空气运动方向相同（顺流）方向相同（顺流）的情况；的情况；热热质质空气空气水水4.3.34.3.3空气和水直接接触时的增湿和减湿空气和水直接接触时的增湿和减湿显热 h(t-tb)潜热 r.hmd(d-db)dQz=h(t-tb)+r hmd(d-db)dA麦凯尔方程麦凯尔方程4.3.4.1 4.3.4.1 焓差是总热交换推动力焓差是总热交换推动力总热交换量即为焓差总热交换量即为焓差 i显热潜热总热总结：显热和潜热传递的方向总结：显热和潜热传递的方向 （1 1）当空气与水直接接触时，从空气侧而言：）当空气与水直接接触时，从空气侧而言：空气达到一定的状态为换热目的（空气达到一定的状态为换热目的（板书画图板书画图）Ts1湿球温度；Tw水温；T1干球温度 TL1露点温度 l）总热交换量以空气初状态的湿球温度Ts1为界，当水温 时，空气为增焓过程，总热流方向向着空气；当 时，空气为减焓过程，总热流方向向着水。2）显热交换量以空气初状态的干球温度T1为界，当TwT1时，空气失去显热，但是总热流方向还要看潜热流量而定;当TwT1时，空气获得显热。总结：显热和潜热传递的方向总结：显热和潜热传递的方向 （1 1）当空气与水直接接触时，从空气侧而言：空）当空气与水直接接触时，从空气侧而言：空气达到一定的状态为换热目的气达到一定的状态为换热目的3）潜热交换以空气初状态的露点温度TL1为界，当TwTL1时，空气得到潜热量，当TwTL1时，空气失去潜热量。同样，总热流方向还要看显热流量而定。4）当水温TwT1时，显热、潜热都向着空气，总热流方向总是向着空气。（2 2）当空气与水直接接触时，从水侧而言：水达）当空气与水直接接触时，从水侧而言：水达到一定的状态为换热目的到一定的状态为换热目的 1）对于水来说，当TwT1时，的热流都由水流向空气，所以水温降低；2）当 时，的热流方向虽然相反，但是总热流o，即热流仍由水流向空气，所以水温仍然降低；3）当 此时热流量等于零，所以水温不变；4）当 ，热流方向由空气流向水面，所以水温升高。（1）吸附、吸附剂和吸附质吸附（adsorption）就是把分子配列程度较低的气气相分子相分子浓缩到分子配列程度较高的固相固相中。气体分子附着在固体表面上的过程。使气体浓缩的物体叫做吸附剂（adsorbent），被浓缩的物质叫做吸附质（adsorbate）。例如，当某固体物质吸附水蒸气时，此固体物质就是吸附剂（CaCl2等），水蒸气就是吸附质。空气干燥循环吸附空气中水蒸气的吸附剂称为干燥剂干燥剂（限定限定）。干燥剂的吸湿和放湿是由干燥剂表面的蒸汽压与环境空气的蒸汽压差决定的：当干燥剂表面的蒸汽压较低时，干燥剂吸湿，反之放湿，两者相等时，达到平衡，即既不吸湿，也不放湿。当表面水蒸气分压超过周围空气分压时，干燥剂脱湿，这个过程称为干燥剂再生过程图4-19显示了干燥剂吸湿量与其表面蒸气分压力间的关系：吸湿量增加，表面蒸汽压力也随之增加。图4-20显示了温度对干燥剂蒸汽压的影响（干燥剂干燥剂自身的特点自身的特点）。相同吸湿量下，温度升高，表面蒸气分压增大。说明温度升高有利于脱湿。图421表示了这一完整的循环过程。干燥剂加热干燥后，水蒸气被脱附后，还需降温，才能返回最初状态，继续吸附。固体除湿器旋转式旋转式是通过转轮的旋转，使被除湿的气流所流经的转轮除湿器的扇形部分对湿空气进行除湿，而再生气流流过的剩余扇形部分同时进行吸附剂的再生。被除湿的处理气流和再生气流一般逆流流动。转轮式除湿器可以连续工作、操作简便、结构紧凑、易于维护，所以在空调领域常被应用（图4-24）。旋转式当需要除湿的被处理空气空气中所含的水蒸气大部分被除湿轮中的吸湿剂吸收并放出吸附热（近似于潜热）。于是通过除湿轮吸湿区的被处理空气成为湿度降低温度升高的干燥空气从除湿轮的另一侧流出。用作再生的空气经加热器加热到预定的温度，流入除湿轮，并从旋转着的除湿轮再生区通道中流过，吸湿剂温度升高，使其所含水分汽化并被再生空气带走，从除湿轮的另一侧流出。吸附法处理空气的优点（1）利用吸附材料降低空气中的含湿量，是除湿技术中一种常用的方法，具有许多不同于其他除湿方式（如低温露点除湿）的优点：吸附除湿不需要对空气进行冷却（减少能耗），吸附除湿噪声低。（2）由于其他方式（如，表冷器）除湿后的空气温度过低，往往还需将空气加热到适宜的送风状态；由于冷媒温度较低，使一些直接利用天然冷源的空调方式无法应用，而浪费了能源（如利用深井水作冷源）。（3）此外，传统空调系统中表冷器产生的冷凝水易产生霉菌，会影响室内空气质量。吸收剂处理空气的机理吸收剂处理空气的机理吸收现象简介吸收现象简介吸收（absorption）是用适当的液体液体吸收剂来吸收气体气体或气体混合物中的某种组分的一种操作过程。例如，用溴化锂水溶液来吸收水蒸气，用水来吸收氨气等。以吸收水蒸气为例：吸收的推动力是溶液表面的某气态物质的分压力与气流主体中此气体分压力差，如果溶液表面压力小于主体压力，吸收过程进行；反之，为再生过程。可以通过调整溶液的温度、浓度来调整溶液表面的压力。吸收剂处理空气的机理吸收剂处理空气的机理除湿剂的表面蒸汽压 由于被处理空气的水蒸气分压力与除湿溶液的表面蒸汽压之间的压差是水分由空气向除湿溶液传递的驱动力，因而除湿溶液表面蒸汽压越低，在相同的处理条件下，溶液的除湿能力越强，与所接触的湿空气达到平衡时，湿空气具有更低的含湿量。液体除湿剂的类型和性能液体除湿剂的类型和性能用于吸收水蒸气的溶液有：溴化锂、氯化锂、氯化钙、三甘醇、二甘醇等。在液体除湿剂为循环工质的除湿空调系统中，除湿剂的特性对于系统性能有着重要的影响，直接关系到系统的除湿效率和运行情况。所期望的除湿剂特性有：l）相同的温度、浓度下，除湿剂表面蒸汽压较低，使得与被处理空气中水蒸气分压力之间有较大的压差，即除湿剂有较强的吸湿能力。2）除湿剂对于空气中的水分有较大的溶解度，这样可提高吸收率并减小液体除湿剂的用量。3）除湿剂在对空气中水分有较强吸收能力的同时，对混合气体中的其他组分基本不吸收或吸收甚微，否则不能有效实现分离。4）低粘度，以降低泵的输送功耗，减小传热阻力。5）高沸点，低凝固点（防止相变，稳定循环）。6）除湿剂性质稳定，低挥发性，低腐蚀性，无毒性。7）价格低廉，容易获得。写在最后写在最后成功的基成功的基础在于好的学在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits48谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way讲师：XXXXXX XX年XX月XX日