4. Отображение основных процессов тепломассообмена на диагамме.

Процессы тепло- и массообмена происходят при подогреве, охлаждении, увлажнении и осушении воздуха при постоянном давлении, иногда имеет место процесс смешения воздушных масс с различными исходными параметрами.

Н агревание и охлаждение влажного воздуха без контакта с водой. Такие процессы имеют место, напр., в рекуперативном ТА ( воздухона-греватели, калориферы, воздухоохладители).

Пусть исходное состояние воздуха характе-ризуется точкой А с темп-рой точки росы t_Р = t3. Процесс нагрева до темп-ры t1 будет проходить при постоянном влагосодержании d = d_У = const. по вертикальной линии А-В1.

Если охлаждение влажного воздуха т.А проис-ходит до температуры t2  t_Р , то процесс также будет проходить при постоянном d = d_У = const. по вертикальной линии А-В2.

Если же температура охлаждения воздуха t4  t_Р , то процесс пойдёт по траектории А-В3-В4. На первом этапе А-В3 процесс охлаждения будет прохо-дить при постоянном влагосодержании d = d_У = const. до достижения темп-ры

точки росы t_Р = t3 в т.В3, но дальнейшее охлаждение приведёт к выделению влаги и снижению влагосодержания с d_У до d_Х. Т.о. в процессе охлаждения воздуха от состояния А до состояния В4 выделяется конденсат в удельном количесте (d_У - d_Х ).

П роцесс смешения воздушных масс различных состояний. Пусть имеется смеше-ние двух воздушных масс L_A и L_B (массы по сухому воздуху) с параметрами, соответству-ющими точкaм А ( I_A, d_A, t_A ) и В ( I_B, d_B, t_B ). Состояние полученной смеси характеризуется точкой Х ( I_Х, d_Х, t_Х ). Для процесса смешения имеем :

тепловой баланс - Q_A + Q_B = Q_X  I_A L_A + I_B L_B = ( L_A + L_B ) I_X

и материальный баланс - D_A + D_B = D_X  L_A d_A + L_B d_B = ( L_A + L_B ) d_X.

Введем понятие кратности смешения как отношение кол-ва воздуха с боль-шим влагосодержанием к кол-ву воздуха с меньшим влагосодержанием

n = L_A / L_B . Тогда из приведенных выше балансов получаем :

и .

Эти выражения показывают, что точка Х, соответствующая состоянию смеси газов, лежит на прямой АВ и кратность смешения определяется отношением отрезков АХ и ВХ : n = ВХ / АХ .

При смешении воздушных масс, состояния которых определяются точками К и С, возможно, что состояние смеси окажется в области пересыщенного воздуха (т. М). Это означает образование капельной влаги (тумана). В этом случае реальное состояние воздуха определяется точкой , переход в которую из т. М будет происходить по изоэнтальпе. Разность влагосодержаний (d_М – d_N ) определяет кол-во сконденсированной влаги.

О бработка воздуха водой ( упрощённый вариант рассмотрения ). В практике кондиционирования воздуха используют камеры орошения, где вода распыляется в газовую среду. Пусть исходное состояние воздуха определяется точкой А. Для этого состояния темп-ра точки росы t_Р = t_С и темп-ра мокрого термометра t_М = t_В. В результате интенсивного орошения темп-ра воздуха на выходе становится практически равной темп-ре воды t_W (масса воды значительно больше массы обрабатываемого воздуха ) и он насыщается парами. Следовательно, состояние воздуха на выходе определяется одной из точек : К, В, С, Х на кривой  = 100 %. Возможны следующие варианты:

• t_W  t_Р, процесс проходит по траектории АХ с осушением воздуха (d_Х  d_А ) и снижением его энтальпии, вода незначительно нагревается.

• t_W = t_Р ( траектория АС ), воздух охлаждается без изменения влагосодержа-ния (d_А = const.) со снижением энтальпии, вода незначительно нагревается.

• t_W = t_М ( траектория АВ ), воздух охлаждается и увлажняется (d_В  d_А ) без изменения его энергии ( I_А = const.), темп-ра воды остаётся неизменной.

• t_W  t_М (траектория АК), воздух охлаждается, однако его энтальпия (I_К  I_А) и влагосодержание ( d_К  d_А ) увеличиваются, вода незначительно охлаждается.

П роцессы тепломассообмена между воздухом и водой в уточнённом рассмотрении. Рассмотрим процесс тепломассообмена в ТА смешения на примере противоточного скруббера для охлаждения воздуха. Он представляет полый цилиндр, куда подаются воздух и распылённая вода. Начальные и конечные параметры ТНей указаны на рисунке, где L и G – расходы воздуха и охлаждающей воды; W – влага, сконденсировавшаяся из воздуха или испарившаяся из воды. Уравнение тепл. баланса:

,

где с – теплоёмкость воды.

В большинстве практических случаев W составляет незначительную величину и её не учитывают.

Процесс тепловлагообмена между воздухом и водой можно представить как процесс смешения воздуха двух состояний – поступающего в аппарат и воздуха насыщенного влагой вокруг капель воды, который имеет темп-ру воды и относительную влажность 100%.

Д ля построения процесса на диаграмме аппарат разбивают по высоте на n участков с равными перепадами энтальпии I = ( Iн – Iк ) / n. Значение энтальпии в промежу-точном сечении i раво Ii = Iн – i I. На ди-аграмме начальное состояние воздуха пре-дставлено точкой А и нанесены изоэнталь-пы для всех сечений (Iн, I1...Ii...Iк). Для каждого сечения уравнение теплового баланса, аналогичное вышеприведенному,

,

тогда темп-ра воды в сечениях :

.

На основании аналогичных выкладок для прямотока имеем:

.

Расчёт темп-р воды начинают с первого сечения, а сечение с начальными параметрами воздуха рассматривается как нулевое:

- для противотока : ; - для прямотока : .

Далее на линии  = 100% отмечают значения темп-р воды в каждом сечении ( t_WK, t_W1...t_Wi...t_WН ). На начальном участке воздух с параметрами точки А сме-шивается с насыщенным воздухом  = 100% и t = t_WK. Линия смешения А-t_WK. Пересечение этой линии с изоэнтальпой I1 = const. даёт точку а1, характеризу-

ющую воздух в первом сечении. Вторая линия смешения соединяет точки а1 и t_W1, определяя точку а2 и т.д. Т.о. процесс тепловлагообмена представляется линией А-а1...аi...В. В данном случае при переходе воздуха из состояния А в состояние В имеет место его охлаждение и осушение.