第7章-熱質(zhì)交換原理 混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算

2023/11/2847-1第七章

混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》2023/11/2847-2目錄7.1混合式換熱器的型式與結(jié)構(gòu)7.2影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換效果的

主要因素7.3混合式設(shè)備發(fā)生熱質(zhì)交換的特點(diǎn)7.4噴淋室的熱工計(jì)算7.5冷卻塔的熱工計(jì)算7.6其它混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算7.1混合式換熱器的形式與結(jié)構(gòu)混合式換熱器按用途可分為：冷卻塔（或稱(chēng)冷水塔)氣體洗滌塔（或稱(chēng)洗滌塔）噴射式熱交換器混合式冷凝器7.1.1混合式換熱器的種類(lèi)2023/11/2847-3（1）冷卻塔（或稱(chēng)冷水塔)

用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進(jìn)行冷卻降溫之后循環(huán)使用2023/11/2847-4（2）氣體洗滌塔（或稱(chēng)洗滌塔）

空調(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認(rèn)為是它的一種特殊形式

用來(lái)洗滌氣體中的某些組分，如有害氣體、灰塵等立式洗滌塔噴淋室2023/11/2847-5（3）噴射式熱交換器

壓力較高的流體由噴管?chē)姵龅蛪毫黧w被引入混合室與射流直接接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，并一同進(jìn)入擴(kuò)散管。2023/11/2847-6（4）混合式冷凝器用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝2023/11/2847-77.1.2噴淋室的類(lèi)型和構(gòu)造（1）

噴淋室的構(gòu)造2023/11/2847-82023/11/2847-9（2）噴淋室的類(lèi)型臥式、立式(處理小風(fēng)量，占地面積小)單級(jí)，雙級(jí)低速(2~3m/s)，高速(3.5~6m/s，Carrier產(chǎn)品8~10m/s)帶填料式(增加噴水效率)2023/11/2847-102023/11/2847-117.1.3冷卻塔的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)（1）冷卻塔類(lèi)型

根據(jù)水與水接觸方式分為：干式冷卻塔；濕式冷卻塔。按通風(fēng)方式分為：自然通風(fēng)冷卻塔；機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。按熱水和空氣的流動(dòng)方向分為：逆流式冷卻塔；橫流（交叉流）式冷卻塔。2023/11/2847-12冷

卻

塔

結(jié)

構(gòu)2023/11/2847-13冷卻塔作用原理示意圖2023/11/2847-14自然通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)橫流逆流2023/11/2847-15（2）冷卻塔構(gòu)造

1）淋水裝置（填料）作用：增大水與空氣的接觸面積、接觸時(shí)間，促進(jìn)水氣之間的熱質(zhì)交換。按水在冷卻塔中的形狀可分為：點(diǎn)滴式；薄膜式；點(diǎn)滴薄膜式。2023/11/2847-16傾斜式階梯式棋盤(pán)式方格式點(diǎn)滴式淋水裝置板條布置方式2023/11/2847-17淋水片雙向波S波六角蜂窩薄膜式淋水裝置填料斜折波2023/11/2847-18利用多層網(wǎng)格板淋水點(diǎn)滴薄膜式淋水裝置2023/11/2847-192）配水系統(tǒng)作用：將循環(huán)水均勻的分配到整個(gè)淋水面積常用的配水系統(tǒng)有：槽式；管式；池式。2023/11/2847-20槽式配水系統(tǒng)管式（旋轉(zhuǎn)）配水系統(tǒng)池式配水系統(tǒng)2023/11/2847-213）通風(fēng)筒2023/11/2847-227.2

影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換的主要因素（1）噴嘴排數(shù)

單排不如雙排，三排與雙排差不多。實(shí)際中多用兩排；當(dāng)噴水量大使水壓較大時(shí)，采用三排。

1)氣水間焓差；2）空氣流動(dòng)狀況；3）水滴大??；4）水氣比；（紅色字體內(nèi)容前邊已經(jīng)講過(guò)，下面講第五方面）

5）設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性（以噴淋室為例）2023/11/2847-23（2）噴嘴密度

密度過(guò)大：水苗互相重疊。密度過(guò)小：水苗不能覆蓋整個(gè)噴淋室端面。一般取13～24個(gè)/m2排。增大噴水量可采用增大水壓，如果水壓過(guò)大，

則可增加噴嘴排數(shù)。（3）噴水方向

1排：逆噴；2排：對(duì)噴；3排：1順2逆。2023/11/2847-24（4）排管間距

間距過(guò)?。核缁ハ嘀丿B。間距過(guò)大：水苗不能覆蓋管排間的整個(gè)空間。使用Y1型噴嘴，一般取600mm。（5）噴嘴孔徑

孔徑過(guò)小：容易堵塞；孔徑過(guò)大：水滴大，比表面積小。（6）空氣與水的初參數(shù)

空氣與水的初參數(shù)決定了空氣與水的熱質(zhì)交換

過(guò)程。2023/11/2847-257.3

混合式設(shè)備發(fā)生熱質(zhì)交換的特點(diǎn)1、空氣與水表面之間既有熱量交換，一般還有質(zhì)量交換。2、根據(jù)噴水溫度不同，二者之間可能僅有顯熱交換；也可能既有顯熱交換，又有質(zhì)量交換引起的潛熱交換，顯熱交換與潛熱交換之和構(gòu)成它們之間的總熱交換。3、在實(shí)際的噴淋室里，噴水量總是有限的，空氣與水的接觸時(shí)間也不可能很長(zhǎng)，所以空氣狀態(tài)和水溫都是不斷變化的，而且空氣的終狀態(tài)也很難達(dá)到飽和。7.3.1噴淋室熱質(zhì)交換的特點(diǎn)2023/11/2847-26用噴淋室處理空氣的實(shí)際過(guò)程A123tw1tw'tw"tw2φ=100%(a)水tw1tw2空氣順流Aφ=100%123tw1tw'tw"tw2(b)tw1tw2逆流2023/11/2847-277.3.2

冷卻塔熱質(zhì)交換的特點(diǎn)冷卻塔內(nèi)水的降溫主要是由于水的蒸發(fā)換熱和氣水之間的接觸傳熱。因?yàn)槔鋮s塔多為封閉形式，且水溫與周?chē)鷺?gòu)件的溫度都不很高，故輻射傳熱量可不予考慮；在冷卻塔內(nèi)，不論水溫高于還是低于周?chē)諝猓ǜ汕颍囟?，總能進(jìn)行水的蒸發(fā)。取顯熱為Qα，潛熱為Qβ，則水放熱量為：Q=Qβ+QαQ＝Qβ

Q=Qβ-Qα

Q=Qβ-Qα=0水溫下降干球溫度濕球溫度蒸發(fā)冷卻既有顯熱，又有潛熱交換，水可降溫至低于空氣溫度。2023/11/2847-287.4噴淋室的熱工計(jì)算7.4.1

噴淋室的熱交換效率系數(shù)和接觸系數(shù)123t2tw2t3ts2i1t1i2ts12’1’tw1452023/11/2847-29123t2tw2t3ts2i1t1i2ts12’1’tw145（1）噴淋室的熱交換效率系數(shù)η1（第一熱交換效率、全熱交換效率）2023/11/2847-30123t2tw2t3ts2i1t1i2ts12’1’tw145利用相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例：得近似表達(dá)式：（2）噴淋室的接觸系數(shù)η2（第二熱交換效率、通用熱交換效率）2023/11/2847-31123t2t3=ts1=ts2t1絕熱加濕過(guò)程的接觸系數(shù)2023/11/2847-327.4.2

噴淋室熱交換效率系數(shù)和接觸系數(shù)的實(shí)驗(yàn)公式各系數(shù)見(jiàn)p283附錄7-1

附錄7-1是在管嘴密度為13個(gè)/(m2排)條件下的數(shù)據(jù)，當(dāng)噴嘴密度變化較大時(shí)應(yīng)進(jìn)行修正。2023/11/2847-33計(jì)算類(lèi)型已知條件求解內(nèi)容設(shè)計(jì)計(jì)算空氣量G噴淋室結(jié)構(gòu)，噴水量W冷水初、終溫tw1，tw2空氣初狀態(tài)t1，ts1，i1空氣終狀態(tài)t2，ts2，i2校核計(jì)算空氣量G空氣終參數(shù)t2，ts2，i2，冷水終溫tw2空氣初參數(shù)t1，ts1，i1噴淋室結(jié)構(gòu),噴水量W，冷水初溫tw17.4.3

噴淋室的計(jì)算類(lèi)型2023/11/2847-347.4.4

噴淋室計(jì)算的主要原則

①該噴淋室能達(dá)到的η1應(yīng)該等于空氣處理過(guò)程需要的η1；

③該噴淋室噴出的水能夠吸收（或放出)的熱量應(yīng)該等于空氣失去（或得到)的熱量。由于W/G=μ,所以：2023/11/2847-35

②該噴淋室能達(dá)到的η2應(yīng)該等于空氣處理過(guò)程需要的η2；7.4.5

噴淋室設(shè)計(jì)的計(jì)算方法（1）計(jì)算用方程組計(jì)算中一般用濕球溫度，而不用空氣焓，取a=i/ts部分a值見(jiàn)p200表7-22023/11/2847-36（2）循環(huán)水量Wx的確定

冷水量Wl、循環(huán)水量Wx、回水（或溢流水）量Wh

噴淋室G，i1G，i2W,tw1Wh,tw2Wl,tlWx,tw22023/11/2847-37（3）噴淋室的阻力計(jì)算①前后擋水板的阻力②噴嘴排管阻力③水苗阻力1）前后擋水板阻力2）噴嘴排管阻力3）水苗阻力P：噴嘴前壓力（atm）b：系數(shù)（單排順噴-0.22，單排逆噴0.13，雙排對(duì)噴0.075）P201例題2023/11/2847-387.4.6

噴淋室的校核計(jì)算噴淋室熱工計(jì)算必須同時(shí)滿(mǎn)足三個(gè)方程式，而這樣解出來(lái)的噴水初溫必然是一個(gè)定值。成本問(wèn)題

如果水初溫偏高一些（不是比計(jì)算值偏高很多)，但是將水量加大一些，是不是也可達(dá)到同樣的處理效果呢?P204例題2023/11/2847-397.5.1

冷卻塔的熱工計(jì)算方法(逆流)（1）用焓差法計(jì)算冷卻塔的基本方程Merkel方程W-dW,tW,t+dtG,iG,i+di熱平衡方程7.5冷卻塔的熱工計(jì)算hmd填料比表面積2023/11/2847-40令：出口水溫t210203040501.00.9K2023/11/2847-412023/11/2847-42定義：按溫度積分的冷卻數(shù)（冷卻數(shù)）N定義：冷卻塔特性數(shù)N'冷卻數(shù)表示冷卻負(fù)荷與水面散熱速度的比值,N越大表示要求散熱量大，所需淋水裝置大；冷卻塔特性數(shù)N'表示冷卻塔冷卻能力。2023/11/2847-43（2）冷卻數(shù)的確定可利用數(shù)值方法積分下式（3）特性數(shù)的確定其中特性數(shù)與容積傳質(zhì)系數(shù)、冷卻塔構(gòu)造及淋水情況有關(guān)冷卻數(shù)的簡(jiǎn)化計(jì)算(水的溫降小于15℃)2023/11/2847-44（4）換熱系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù)的計(jì)算

主要方法是通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得資料P208圖7-19~~圖7-21（5）氣水比（λ）的確定

氣水比是指冷卻每千克水所需的空氣千克數(shù)。

λ＝G/W

λ越大，冷卻塔冷卻能力越大，可選λ=0.8~１.5確定的氣水比應(yīng)使N=N'PNN'N/N'λλP