книги из ГПНТБ / Тарабанов, М. Г. Тепло- и массоперенос в камерах орошения кондиционеров с форсунками распыления учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР КРАСНОЯРСКИЙ п о л и т е х н и ч е с к и й и н с т и т у т

М. Г. ТАРАБАНОВ, Ю. В. ВИДИН, Г. П. БОЙКОВ

ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОС В КАМЕРАХ ОРОШЕНИЯ КОНДИЦИОНЕРОВ

С ФОРСУНКАМИ РАСПЫЛЕНИЯ

Учебное пособие

Красноярск, 1974

i Гмо. яувличмал

I й*уЧМ« - T*XUM 4*'-«W i !5м((пи#т*нш С С С Р

ОКЗ&МЯДЯГ'

}ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

'У Г ' А М З к

Настоящая книга представляет собой учеб­ ное пособие, в котором наиболее полно рас­ сматривается тепло- и массоперенос в каме­ рах орошения кондиционеров. Она содержит некоторые результаты экспериментальных и теоретических исследований, проведенных авторами. Изложение материала построено так, чтобы подготовить читателя к самостоя­ тельному анализу научно-технических проб­ лем, с которыми ему придется столкнуться в инженерной практике. Значительное место от­ ведено экономическому обоснованию внедре­ ния новых типов распылительных форсунок.

Книга рассчитана на студентов сантехниче­ ских и промтеплоэнергетических специальнос­ тей вузов, а также может быть полезна ши­ рокому кругу инженеров и исследователей.

!§> Красноярский политехнический институт, 1974 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Кондиционирование воздуха, являющееся средством соз­ дания и поддержания искусственных климатических условий, принадлежит к числу таких отраслей техники, развитие ко­ торых способствует интенсификации производства, повышению производительности труда и созданию оптимальных условий для организации и ведения многих технологических процессов. В течение последних лет в развитии кондиционирования воз­ духа в нашей стране наблюдается значительный прогресс, ко­ торый проявляется, с одной стороны, в расширении и углуб­ лении теоретических и экспериментальных исследований, с другой — в разработке и внедрении новых видов оборудова­ ния и аппаратуры, g совершенствовании методов расчета и проектирования.

Указанному прогрессу способствуют следующие объектив­ ные причины:

развитие новых производств машиностроительной, прибо­ ростроительной, электротехнической, электронной, текстиль­ ной, химической, пищевой и других отраслей промышленнос­ ти, требующих обеспечения строго определенных параметров воздуха для ведения технологических процессов;

возрастающие требования к облегчению условий труда и повышению его производительности;

увеличивающееся строительство закрытых помещений для длительного пребывания большого количества людей (театры, кинотеатры, концертные и спортивные залы, универсальные магазины, гостиницы, выставочные павильоны и т. д.).

Основу техники кондиционирования составляет теп’ловлажностная обработка воздуха, подаваемого в обслуживаемые по­ мещения, для придания ему требуемой температуры и влаж­ ности. Обработка воздуха может производиться в различных

3

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А — геометрическая характеристика форсунки по Г. Н. Абрамовичу;

Ai — геометрическая характеристика форсунки по И. И.

В — коэффициент орошения, кг воды/кг воздуха; С — коэффициент аэродинамического сопротивления;

Ср' — теплоемкость влажного воздуха, ккал/кг-град;

tM—температура воздуха по мокрому термометру, °С; tvv— температура воды, °С;

Hw — давление воды перед форсункой, кг/м2; аф—коэффициент теплоотдачи, ккал/м2-ч-град; рр — коэффициент массоотдачи, кг/м2-,

а— коэффициент полного теплообмена, кг/м2-ч\

р— угол факела распыла форсунки;

р— угол относительного движения капли;

Р—коэффициент расхода форсунки; р —ускорение силы тяжести, м/сек2-,

дф—плотность жидкости (воздуха), кг-сек2/м4;

5

ГЛАВА I

ОСНОВНЫЕ'ПРОЦЕССЫ ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА

ВКАМЕРАХ ОРОШЕНИЯ КОНДИЦИОНЕРОВ

1.Особенности процессов тепло- и массопереноса

вкамерах орошения

'Камеры орошения относятся к теплообменным аппаратам смесительного типа, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении потока воздуха -с поверх­ ностью капель воды и сопровождается переносом массы. Со­ гласно современным представлениям тепло- и массообмен в камерах орошения рассматривается как одновременный и вза­ имосвязанный перенос тепла и массы между воздухом основ­ ного потока и насыщенным влажным воздухом, прилегающим

кповерхности капель воды. При этом, допускается, что мож­ но пренебречь термическим сопротивлением и скачком темпе­ ратур на границе раздела воды и воздуха. Тогда температу­ ра слоя насыщенного влажного воздуха равна температуре

процессов тепло- и массопереноса необходимо учитывать вза­ имное воздействие этих процессов, которое обусловлено воз­ никновением стефанового потока, термодиффузии и диффузи­ онной теплопроводности. Однако для условий работы устано­ вок кондиционирования плотности потоков тепла и перено­ симой массы незначительны, а величины парциального давле­ ния сухой части воздуха практически не отличаются от вели­ чин общего давления смеси. Следовательно, влияние указан­ ных выше факторов мало и ими можно пренебречь. Поэтому считается, что в камерах орошения движущей силой переноса

7

тепла является только разность температур, а переноса мас­ сы — разность парциальных давлений.

Тогда в стационарном режиме количество явного тепла, переданного в час от потока воздуха с температурой t к воде с температурой tw на элементе поверхности dF, может быть

Уравнение для конвективного переноса массы имеет вид:

Наличие массообмена вызывает перенос тепла, обусловли­ ваемый фазовыми превращениями (конденсация, испарение), который принято называть потоком скрытого тепла dQm. Ре­ зультирующий поток от явного dQa и скрытого тепла обычно называют потоком полного тепла dQu. Полный теплообмен при контакте воздуха и воды на бесконечно малом элементе

По предложению Меркеля разность парциальных давле­ ний на сравнительно узком интервале температур можно за­ менить перепадом влагосодержания сухого воздуха с соответ­ ствующим изменением коэффициента пропорциональности

рр (Рп - Pw) ^ 0 ( d 1000W) ’ кг1М2 *•

Величины коэффициентов а, (Зр и а при известной поверх­ ности контакта F можно вычислить из уравнений:

где

Atp — расчетная среднелогарифмическая разность темпе­ ратур;

8

ДРр — расчетная среднелогарифмическая разность парци­ альных давлений;

Д1р — расчетная среднелогарифмическая разность тепло­ содержаний.

Отношение коэффициентов тепло- и массообмена имеет весьма важное значение в теории совместно протекающих про­ цессов переноса тепла и массы. Рассматривая процесс изоэнтальпийного увлажнения воздуха при установившемся состоя­ нии, Льюис [184] сделал вывод о постоянстве соотношения ко­ эффициентов тепло- и массоотдачи. В самом деле, при изорнтальпийном процессе для поверхности контакта dF справедли­ во равенство потоков явного и скрытого тепла

С другой стороны, отданное воздухом воде явное тепло равно теплу, воспринятому воздухом вместе с водяными па­ рами:

В данном уравнении индекс 2 обозначает параметры воз­ духа в конце процесса переноса.

В результате длительного контакта с постоянно рецирку­ лирующей водой воздух становится насыщенным, его конеч­

Этот вывод Льюиса был впоследствии распространен и на другие режимы обработки доздуха при его непосредственном контакте с поверхностью воды. Выполнение условия (1.11)

9