第七章 混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計算---熱質(zhì)交換與設(shè)備原理

1、第七章第七章 混合式熱質(zhì)交換設(shè)備混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計算的熱工計算2內(nèi)內(nèi) 容容混合式換熱器的型式與結(jié)構(gòu)混合式換熱器的型式與結(jié)構(gòu)7.1影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換效果的影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換效果的主要因素主要因素7.2混合式設(shè)備發(fā)生熱質(zhì)交換的特點混合式設(shè)備發(fā)生熱質(zhì)交換的特點2021-10-26噴淋室的熱工計算噴淋室的熱工計算其它混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計算其它混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計算冷卻塔的熱工計算冷卻塔的熱工計算7.647-27.1 混合式換熱器的形式與結(jié)構(gòu)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：v冷卻塔（或稱冷水塔) v氣體洗滌塔（或稱洗滌塔）v噴射式熱交換器

2、v混合式冷凝器7.1.1 混合式換熱器的種類混合式換熱器的種類 2021-10-2647-34（1） 冷卻塔（或稱冷水塔) 用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)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)使用提高了溫度的水進(jìn)行冷卻降溫之后循環(huán)使用2021-10-2647-45（2） 氣體洗滌塔（或稱洗滌塔）氣體洗滌塔（或稱洗滌塔） 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一種特殊形式 用來洗滌氣體中的某些組分，如有害氣體、灰塵等用來洗滌氣體中的某些組分，如有害氣體、灰塵等立式洗滌塔立式洗滌塔噴淋室噴淋室2

3、021-10-2647-56（3） 噴射式熱交換器噴射式熱交換器 壓力較高的流體由噴管噴出低壓流體被引入混合室壓力較高的流體由噴管噴出低壓流體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。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。2021-10-2647-67（4） 混合式冷凝器混合式冷凝器用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝 2021-10-2647-787.1.2 噴淋室的類型和構(gòu)造噴淋室的類型和構(gòu)造 （1） 噴淋室的構(gòu)造噴淋室的構(gòu)造 2021-10-2647-892021-10-2647-910（2）噴淋室的類型噴淋室的類型v臥式、立式(處

4、理小風(fēng)量，占地面積小)v單級，雙級v低速(23m/s)，高速(3.56m/s，Carrier產(chǎn)品 810m/s)v帶填料式(增加噴水效率)2021-10-2647-10112021-10-26127.1.3 冷卻塔的類型與結(jié)構(gòu)冷卻塔的類型與結(jié)構(gòu) （1）冷卻塔類型 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)方式分為按通風(fēng)方式分為：v自然通風(fēng)冷卻塔；自然通風(fēng)冷卻塔； v機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。按熱水和空氣的流動方向分為：按熱水和空氣的流動方向分為：v逆流式冷卻塔；逆流式冷卻塔； v橫流（交叉流）式冷卻塔橫流（交叉流）式冷卻塔。2021-10-2647-1213冷卻塔結(jié)構(gòu)20

5、21-10-2647-1314冷卻塔作用原理示意圖冷卻塔作用原理示意圖2021-10-2647-1415自然通風(fēng)自然通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)橫流橫流逆流逆流2021-10-2647-1516（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按水在冷卻塔中的形狀可分為：v點滴式；點滴式；v薄膜式；薄膜式； v點滴薄膜式點滴薄膜式。2021-10-2647-1617傾斜式傾斜式階梯式階梯式棋盤式棋盤式方格式方格式點滴式淋水裝置板條布置方式點滴式淋水裝置板條布置方式2021-10-2647-1718淋水片淋水片雙向波雙向波

6、S波波六角蜂窩六角蜂窩薄膜式淋水裝置填料薄膜式淋水裝置填料斜折波斜折波2021-10-2647-1819利用多層網(wǎng)格板淋水利用多層網(wǎng)格板淋水點滴薄膜式淋水裝置點滴薄膜式淋水裝置2021-10-2647-19202）配水系統(tǒng)作用：將循環(huán)水均勻的分配到整個淋水面積常用的配水系統(tǒng)有常用的配水系統(tǒng)有：v槽式；槽式；v管式；管式； v池式。池式。2021-10-2647-2021槽式配水系統(tǒng)槽式配水系統(tǒng)管式（旋轉(zhuǎn)）配水系統(tǒng)管式（旋轉(zhuǎn)）配水系統(tǒng)池式配水系統(tǒng)池式配水系統(tǒng)2021-10-2647-21223）通風(fēng)筒2021-10-2647-22237.2 影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換的主要因素影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換

7、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。 實際中多用兩排； 當(dāng)噴水量大使水壓較大時，采用三排。 1) )氣水間焓差；氣水間焓差；2）空氣流動狀況；）空氣流動狀況；3）水滴大??；）水滴大?。?）水氣比；）水氣比；（紅色字體內(nèi)容前邊已經(jīng)講過，下面講第五方面）（紅色字體內(nèi)容前邊已經(jīng)講過，下面講第五方面） 5）設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性（以噴淋室為例）設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性（以噴淋室為例）2021-10-2647-2324（2）噴嘴密度 密度過大：水苗互相重疊。 密度過?。核绮荒芨采w整個噴淋室端面。 一般取1324個/m2排。 增大噴水量可采用增大水壓，如果水壓過大， 則可增加噴嘴排數(shù)。（3）噴水方向

8、噴水方向 1排：逆噴；排：逆噴； 2排：對噴；排：對噴； 3排：排：1順順2逆。逆。2021-10-2647-2425（4）排管間距 間距過?。核缁ハ嘀丿B。 間距過大：水苗不能覆蓋管排間的整個空間。 使用Y1型噴嘴，一般取600mm。（5）噴嘴孔徑噴嘴孔徑 孔徑過?。喝菀锥氯?；孔徑過小：容易堵塞； 孔徑過大：水滴大，比表面積小?？讖竭^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) 空氣與水的初參數(shù)決定了空氣與水的熱質(zhì)交換空氣與水的初參數(shù)決定了空氣與水的熱質(zhì)交換過程過程2021-10-2647-25267.3 混合式設(shè)備發(fā)生熱質(zhì)交換的特點混合式設(shè)備發(fā)生熱質(zhì)交換的特點1、空氣與水

9、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、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構(gòu)成它們之間的總熱交換 。3、在實際的噴淋室里，噴水量總是有限的、在實際的噴淋室里，噴水量總是有限的 ，空，空氣與水的接觸時間也不可能很長，所以空氣氣與水的接觸時間也不可能很長，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)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。狀態(tài)也很難達(dá)到飽和。

10、 7.3.1 噴淋室熱質(zhì)交換的特點噴淋室熱質(zhì)交換的特點2021-10-2647-2627用噴淋室處理空氣的實際過程用噴淋室處理空氣的實際過程 A123tw1twtwtw2=100%(a) 水水tw1tw2空氣空氣順流順流A=100 %123tw1twtwtw2(b)tw1tw2逆流逆流2021-10-2647-27287.3.2 冷卻塔熱質(zhì)交換的特點冷卻塔熱質(zhì)交換的特點v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。因為冷卻塔多為封閉形式，且水溫與周圍構(gòu)件的溫度都不很高，故輻射傳熱量可不予考慮； v在冷卻塔內(nèi)，不論水溫高于還是低于周圍空氣（干球）溫度，總能進(jìn)行水的蒸發(fā) 。取顯熱為

11、取顯熱為Q，潛熱為，潛熱為Q，則水放熱量為：，則水放熱量為：Q= Q+ QQQ Q= Q- Q Q= Q- Q=0水溫下降干球溫度干球溫度濕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。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。2021-10-2647-28297.4 噴淋室的熱工計算噴淋室的熱工計算7.4.1 噴淋室的熱交換效率系數(shù)和接觸系數(shù)噴淋室的熱交換效率系數(shù)和接觸系數(shù)123t2tw2t3ts2i1t1i2ts121tw1452021-10-2647-2930123t2tw2t3ts2i1t1i2ts121tw14511221122111112211

12、)(1)()()()(514521wswswswswswswwsstttttttttttttttt（1）噴淋室的熱交換系數(shù)（第一熱交換效率、）噴淋室的熱交換系數(shù)（第一熱交換效率、全熱交換效率）全熱交換效率）2021-10-2647-3031123t2tw2t3ts2i1t1i2ts121tw145;13122利用相似三角形對應(yīng)邊成比例：利用相似三角形對應(yīng)邊成比例：112211223132sstttt得近似表達(dá)式：得近似表達(dá)式：112221sstttt（2）噴淋室的接觸系數(shù)（第二熱交換效率、）噴淋室的接觸系數(shù)（第二熱交換效率、通用熱交換效率）通用熱交換效率）3132131323131211312

13、22021-10-2647-313211121112111121312121)(1312sssssstttttttttttttttttt123t2t3=ts1=ts2t1絕熱加濕過程的接觸系數(shù)絕熱加濕過程的接觸系數(shù)2021-10-2647-32337.4.2 噴淋室熱交換效率系數(shù)和接觸系數(shù)的實驗公式噴淋室熱交換效率系數(shù)和接觸系數(shù)的實驗公式 nmnmvAvA)()(21各系數(shù)見p287附錄7-1 附錄附錄5-8是在管嘴密度為是在管嘴密度為13個個/(m2排排)條件下的數(shù)據(jù)，條件下的數(shù)據(jù)，當(dāng)噴嘴密度變化較大時應(yīng)進(jìn)行修正。當(dāng)噴嘴密度變化較大時應(yīng)進(jìn)行修正。2021-10-2647-3334計算類型計算

14、類型已知條件已知條件求解內(nèi)容求解內(nèi)容設(shè)計計算設(shè)計計算空氣量空氣量G噴淋室結(jié)構(gòu)，噴淋室結(jié)構(gòu)，噴水量噴水量W冷水初、終溫冷水初、終溫tw1，tw2空氣初狀態(tài)空氣初狀態(tài)t1，ts1，i1空氣終狀態(tài)空氣終狀態(tài)t2，ts2，i2校核計算校核計算空氣量空氣量G空氣終參數(shù)空氣終參數(shù)t2，ts2，i2，冷，冷水終溫水終溫tw2空氣初參數(shù)空氣初參數(shù)t1，ts1，i1噴淋室結(jié)構(gòu)噴淋室結(jié)構(gòu), 噴水量噴水量W，冷水初溫冷水初溫tw17.4.3 噴淋室的計算類型噴淋室的計算類型2021-10-2647-34357.4.4 噴淋室計算的主要原則噴淋室計算的主要原則 該噴淋室能達(dá)到的1, 2應(yīng)該等于空氣處理過程需要的1 ,

15、 2 ； 該噴淋室噴出的水能夠吸收（或放出該噴淋室噴出的水能夠吸收（或放出)的熱量應(yīng)該的熱量應(yīng)該等于空氣失去（或得到等于空氣失去（或得到)的熱量。的熱量。)()(1)(1)(21121122211221iiGttWcQttttvAttttvAwwssnmwswsnm由于由于W/G=, 所以：所以：)(1221wwttcii2021-10-2647-35367.4.5 噴淋室設(shè)計的計算方法噴淋室設(shè)計的計算方法（1）計算用方程組 11222112211)(1)(ssnmwswsnmttttvAttttvA)(122211wwssttctata計算中一般用濕球溫度，而不用空氣焓，取計算中一般用濕球溫

16、度，而不用空氣焓，取a=i/ts)(1221wwttcii部分部分a值見值見p201表表7-22021-10-2647-3637hlWW （2）循環(huán)水量循環(huán)水量W Wx x的確定的確定 冷水量冷水量Wl、循環(huán)水量、循環(huán)水量Wx、回水（或溢流水）量、回水（或溢流水）量Wh )()(221lwlttciiGWlxWWWlxWWW221whllctWGictWGi噴淋室噴淋室G，i1G，i2W,tw1Wh,tw2Wl,tlWx,tw22021-10-2647-373822dddvH（3）噴淋室的阻力計算）噴淋室的阻力計算前后擋水板的阻力前后擋水板的阻力 噴嘴排管阻力噴嘴排管阻力 水苗阻力水苗阻力1）

17、前后擋水板阻力）前后擋水板阻力2）噴嘴排管阻力）噴嘴排管阻力21 . 02vzHp3）水苗阻力）水苗阻力PbHw118P：噴嘴前壓力（：噴嘴前壓力（atm）b：系數(shù)（單排順噴：系數(shù)（單排順噴-0.22，單排逆噴，單排逆噴0.13，雙排對噴，雙排對噴0.075）P202例題例題2021-10-2647-38397.4.6 噴淋室的校核計算噴淋室的校核計算v噴淋室熱工計算必須同時滿足三個方程式，而這樣解出來的噴水初溫必然是一個定值。v 成本問題 如果水初溫偏高一些（不是比計算值偏高很多)，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?1111wlwlttttP205 例題例題2021-10-

18、2647-39407.5.1 冷卻塔的熱工計算方法冷卻塔的熱工計算方法(逆流逆流)（1）用焓差法計算冷卻塔的基本方程 AdZiidQx)( Merkel方程方程W-dW, tW, t+dtG, iG, i+di熱平衡方程熱平衡方程ctdWWdtctdWWdttWcdQ)()()(GdidQ ctdWcWdtGdi7.5 冷卻塔的熱工計算冷卻塔的熱工計算hmd填料比表面積填料比表面積2021-10-2647-4041ctdWcWdtGdicWdtctdWGdiGdicWdtGdictdWGdi令：令：GdicWdtGdictdW1GdictdWcWdtGdi1GdictdWK1KcWdtGdi

19、出口水溫出口水溫t2 10 20 30 40 501.00.9K2021-10-2647-4142)()(2112ttKcWiiG)(2112ttGKcWiiAdZiidQx)( GdidQ 2121ttiidtKcWGdiKcWdtGdi KcWdtAdZiix )(2021-10-2647-4243定義定義：按溫度積分的冷卻數(shù)（：按溫度積分的冷卻數(shù)（冷卻數(shù)冷卻數(shù)）NKcWdtAdZiix )(WAZdZWAdtiiKcxzxtt 0121定義定義：冷卻塔：冷卻塔特性數(shù)特性數(shù)N 121ttdtiiKcNWAZNx冷卻數(shù)表示冷卻負(fù)荷與水面散熱速度的比值冷卻數(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；越大表示要求散熱量大，所需淋水裝置大；冷卻塔特性數(shù)冷卻塔特性數(shù)N表示冷卻塔冷卻能力。表示冷卻塔冷卻能力。2021-10-2647-4344（2）冷卻數(shù)的確定）冷卻數(shù)的確定WVWAZNxVx可利用數(shù)值方法積分下