Теплообменные аппараты со смешиванием теплоносителей

1. Область применения смесительных теплообменников.

Рассматриваются смесительные ТА, в которых происходит тепло- и массо-обмен между влажным воздухом и водой при их непосредственном контакте без разделительной стенки. Такие аппараты получили широкое распростране-ние – скрубберы, кондиционеры, сушильные установки и т.п. Этому способст-вуют простота конструкции, высокий коэффициент ТО, небольшие габариты, высокая производительность, широкий диапазон регулирования параметров.

Отсутствие разделительной стенки обусловливает смешивание ТНей и протекание не только теплообменных, но и массообменных процессов.

2. Параметры влажного воздуха.

Б удем рассматривать объём влажного воздуха V, м³, в котором содержится L кг сухого воздуха и D кг водяного пара при барометрическом давлении P_Б и температуре t. Влажный воздух характеризуется абсолютной и относительной влажностью и влагосодержанием.

Влагосодержанием называется количество водяного пара на 1 кг сухого воздуха.

.

Из-за малой массы пара во влажном воздухе, влагосодержание часто выражают в граммах на 1 кг сухого воздуха и обозначают :

d = 1000 x, г/кг.

Абсолютная влажность воздуха _П , кг/м³, это кол-во пара в 1м³ влажного воздуха. Она равна плотности пара :

.

Относительная влажность воздуха   характеризует степень насыщенно-сти воздуха водяным паром. Это отношение массы пара в воздухе к макс. воз-можной его массе в воздухе при тех же условиях, то есть темп-ре и давлении.

 = D_П / D_нас

Насыщенное состояние воздуха это состояние, при котором воздух насыщен паром до предела  = 1. Относит. влажность может быть определена также как отношение плотности пара к плотности насыщенного пара при той же темп-ре:

 = _П / _нас .

Влажный воздух рассматривается как идеальный газ где давление влажно-го воздуха есть сумма парциальных давлений сухого воздуха Р_В и содержащих-ся в нём паров Р_П : P_Б = Р_В + Р_П. В этом случае отн. влажность может быть определена как отношенгие парциального давления водяного пара к парц. давлению насыщенного пара Р_НАС :

 = Р_П / Р_НАС .

Уравнения состояния для воздуха и пара для данного объёма и темп-ры:

Р_В V = L R_В Т и Р_П V = D R_П Т,

где газовые постоянные для сухого воздуха и водяного пара:

R_В = 287 Дж/(кг К) и R_П = 462 Дж/(кг К).

С учётом вышеизложенного, влагосодержание равно:

x = D / L = (R_В / R_П ) • ( Р_П / Р_В ) = 0,622 • Р_П / Р_В или d = 622 • Р_П / Р_В .

Заменив Р_В = P_Б - Р_П , где Р_П =  • Р_НАС, получим для влаж. воздуха, находящегося под барометрическим давлением :

d = 622 • Р_П / ( P_Б - Р_П ) = 622 •  • Р_НАС / ( P_Б -  • Р_НАС ).

Тогда : Р_П = d • P_Б / ( 622 + d ) и Р_В = 622 • P_Б / (622 + d ).

Энтальпию влажного воздуха i также относят к 1 кг сухого воздуха. Она слагается из энтальпии сухого воздуха i_с.в. и энтальпии пара i_п :

и ,

где c_В = 1,0036 ≈ 1 кДж/(кгК) – теплоемкость сухого воздуха;

r₀ = 2493 кДж/кг – теплота парообразования при 0 °C;

c_П = 1,97 кДж/(кгК) – усреднённая теплоемкость водяного пара.

После подстановки значений, энтальпия влажного воздуха:

i = i_с.в + i_п = t + 0,001 d ( 2493 + 1,97 t ), кДж / кг сухого возд.