1. Основные уравнения, лежащие в основе расчетов теплообменников.

Уравнение теплового баланса. Изменение энтальпии теп­лоносителя вследствие теплообмена определяется соотношением

dQ = Gdi,

где G—расход массы, кг/с; i — удельная энтальпия, Дж/кг; dQ изме­ряется в Дж/с или Вт.

Для конечных изменений энтальпии, полагая, что расход массы не­изменен,

здесь i" и i’ — начальная и конечная энтальпии теплоносителя.

2. Термодинамические процессы с влажным воздухом.

Процессы нагрев-ия или охл-ия воздуха у поверхн-ти твердого тела изображ-ся верт-ми линиями, т.к. они протекают при . Продолжение этих линий до пересеч-ия с линией относ-ой влажн-и дает темп-ру т-и росы : граф-и это сост-ие изобр-о т-ой . Дальн-ее охл-ие воздуха до темп-ры можно изобр-ить криволинейным отрезком при в усл-ях отдел-ия капель жидк-и из воздуха в сост-ии тумана. Точно так же можно понизить темп-ру насыщ-го воздуха до отриц-ых темп-р в процессе при в условиях отдел-ия кристаллов льда из воздуха в состоянии смешан-го тумана.

Процесс увлажнения с охлажд-ем воздуха у обтек-ой им поверхн-ти воды, в суш-ых камерах и т.д. в теорет-ом рассмотрении часто полагают протек-им т.о., что воздух отдает высушив-му мат-лу ровно столько теплоты, сколько необх-о для процесса парообраз-ия. Естеств-о, что при этом считают процесс изоэнтальпийным . Пересеч-ие линии с линией относ-ой влажн-ти дает темпер-ру мокрого термометра . Графически это сост-ие изображ-о т-ой.

Протек-ий во многих технич-их устр-вах процесс осуш-ия воздуха с помощью тв-ых поглотителей влаги – адсорбентов – также рассматр-ся как изоэнтальпийный с убылью влагосод-ия, т.к. в воздух отдается кол-во теплоты, примерно равное теплоте парообразования.

Проц. увлажн-ия воздуха паром, протек-ий в устан-ах кондиц-ия воздуха, с высокой точн-ю рассматр-ся как изотерм-ий с ростом влагосод-ия.

В суш-ой устан-е воздух сначала нагрев-ся при в калорифере, а затем в процессе в суш-ой камере его темп-ра сниж-ся, а влагосод-ние увел-ся. Это измен-ие парам-ов воздуха в двух основных процессах и в диагр-ме соотв-ет протек-ию сложного процесса повыш-ия темпер-ры воздуха и его увлаж-ия.

В устан-ах кондиц-ия воздух зимой сначала нагрев-ся при в калорифере, а затем в него подается пар: этому пр-су соответ-ют два основных процесса, граф-ки отображ-ые линиями и в диаграмме.

3. Составляющие потерь давления в каналах та.

Рассмотрев гидравлический расчет теплообменника, можем сказать, что потери давления в теплообменниках делятся на 2 вида: в межтрубном пространстве и во внутритрубном пространстве.

В межтрубном пространстве гидравлическое сопротивление составляют: вход и выход жидкости через штуцера , количество поворотов через сегментные перегородки и сопротивление трубного пучка при его поперечном или продольном обтекании.

Во внутритрубном пространстве гидравлическое сопротивление складывается из шероховатости труб, вход в камеру и выход из неё, количества поворотов на 180^о, входов в трубы и выходов из них .

4. Основные характеристики влажного воздуха.

   В технической термодинамике и в теории кондиционирования воздух рассматривается как двойная (бинарная) смесь 1 кг сухого воздуха (первый компонент) и кг паров воды (второй компонент). Величина называется влагосодержанием. Таким образом, рассматриваются свойства и поведение массы кг влажного воздуха.

Количество водяных паров в воздухе может увеличиваться до определенной величины , являющейся максимально возможной при заданных температуре (в дальнейшем будем называть ее температурой по сухому термометру) и барометрическом давлении . При влагосодержании воздух называется ненасыщенным и пары воды в нем перегреты, а при влагосодержании он называется влажным насыщенным (или просто насыщенным).

Количество водяных паров, содержащихся в 1 м³ влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Водяной пар занимает весь объем смеси, поэтому абсолютная влажность воздуха равна массе 1 м³ водяного пара, или плотности пара р_п в кг/м³.

Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности к его абсолютной влажности в состоянии насыщения при температуре :

. (5.55)

Величины и представляют собой плотности пара, связанные с влагосодержанием формулами

и , (5.56)

в которых , и определяются из уравнения Клапейрона, записанного для сухой части воздуха и паров воды в :

, , (5.57)

. (5.58)

Газовые постоянные в (5.57), (5.58) для сухой части воздуха и паров воды в нем примем равными: , , а и представляют собой парциальные давления компонентов.

Подставляя значения и из (5.57), (5.58) в (5.56) и учитывая закон Дальтона для бинарной смеси:

, (5.59)

получаем одну из основных формул, описывающих состояние влажного воздуха

и . (5.60)

Плотность влажного воздуха

. (5.63)

Из рассмотрения (5.63) видно, что при одинаковых температуре и давлении плотность влажного воздуха меньше, чем сухого, когда .

Температура точки росы достигается охлаждением воздуха до состояния насыщения с . Дальнейшее охлаждение воздуха приводит к появлению тумана, который представляет собой смесь насыщенного воздуха с мелкими каплями влаги. Ясно, что по мере образования тумана влагосодержание уменьшается вместе со снижением температуры при условии сепарирования влаги. В области отрицательных температур наряду с каплями влаги в насыщенном воздухе появляются кристаллы льда, что соответствует состоянию смешанного тумана.

Энтальпия влажного воздуха представляет собой сумму энтальпий 1кг его сухой части и кг паров воды, так что имеем

, (5.64)

где обозначены: и – энтальпии 1кг сухого воздуха и 1кг паров воды; и – изобарные теплоемкости сухого воздуха и паров воды; – теплота фазового перехода паров воды (теплота конденсации) при .

В формуле (5.64) полагаем, что начало отсчета энтальпий производится от их нулевых значений при температуре воздуха и давлении мм рт. ст.

Если положить , и , то имеем вместо (5.64) формулу

, (5.65)

где представляет собой теплоемкость влажного воздуха, отнесенную к 1кг сухой части.

Первое слагаемое формулы (5.65) называют явной (зависящей в основном от температуры ) частью энтальпии, а второе слагаемое называют скрытой частью энтальпии, так как она зависит только от влагосодержания .

Для воздуха, находящегося в состоянии смешанного тумана без выпадения из него капель влаги и кристаллов льда, имеем вместо (5.65):

, (5.66)

где и – энтальпии воды и льда при температуре ; и – соответственно теплота фазового перехода (теплота плавления льда) и его теплоемкость; и – содержание капель влаги и льда на 1кг сухого воздуха.