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1、本章内容： 1.空气热质处理的主要的理论和技术原理2.空气热质处理的途径3. 热湿调节案例分析考虑加入些蒸发式空调，把前面的原理用起来（苏老师材料）。,第4章 空气的热湿处理,4.1.1几个相关概念 (1) 空气调节：对空气的温湿度进行处理，使之达到要求（温度、湿度、风速、空气品质等）。 (2) 新风：室外经过热质交换设备处理后进入室内的新鲜空气。用途：满足室内人员的卫生要求，补充室内的正压。,(3) 热舒适性：人体对周围环境的热舒适性感觉。,Acceptable operative temperatureranges for naturally conditioned spaces,ASHR
2、AE 55-2004,5,SCV index varies with time of test,20岁-30岁,SCV index varies with time of test,(4) 湿空气焓湿图：湿空气状态参数及其变化特征的曲线。包括：等焓线，等湿线，等温线，等相对湿度线(附表4-1的构成介绍)。,(5) 回风：从室内引出的空气，经过热质交换设备处理后再次进入室内的空气。 (6) 送风状态点：为保持室内环境参数要求送入房间的空气状态。 (7) 夏季室内设计工况：舒适性空调参数：温度2428，相对湿度4060%，风速0.3m/s (8) 冬季室内设计工况：舒适性空调参数：温度1822，相
3、对湿度4060%，风速0.2m/s 以上参数请参考各种设计标准,4.1.3空气热质处理的各种方案（结合附表4-1） 同一送风状态点可以有不同的处理途径,1,焓值,含湿量,干球温度,夏季室外状态点,冬季室外状态点,送风状态点,室内状态点,1,再加热,1,1,1,1,1,1,1,1,4.1.3 空气热质处理设备（1）.混合式热质交换设备：喷淋湿室，冷却塔，蒸汽加湿器，局部补充加湿装置，液体吸湿剂。,（2）.间壁式热质交换设备：表冷器和空气加热器。,4.2空气与固体表面之间的热质交换 4.2.1湿空气在冷表面上的冷却除湿,模型和各个参数的解释,湿空气和水膜在无限小的微元面积dA上的热、质交换量,G为
4、湿空气的质量流量，kgs；d、di分别为湿空气主流和紧靠水膜饱和空气的含湿量，kgkg干空气；t、ti分别为湿空气主流和凝结水膜的温度，；h为湿空气侧的换热系数，W( m2K)；hmd为以含湿量为基准的传质系数。,假定水膜和金属表面的热阻可不计，则dA上冷却剂的传热量为：,能量平衡,刘伊斯关系式,得到：麦凯尔（Merkel）方程式（显热潜热）,结论：湿空气主流与与靠近水膜饱和空气的焓差是空气与水热、质交换的推动力。,对空气侧总能量交换：,4)干肋片效率,肋效率定义式：,平均值,4.2.2 湿空气在肋片上的冷却降湿过程 （与干肋片作比较）,表面的平均过余温度：,带入肋片效率：,4.2.2 湿空气
5、在肋片上的冷却降湿过程,物理模型解释,条件： （1）热、质传递过程是稳定的； （2）肋片的导热系数、肋根温度t FB均为定值； （3）金属肋片只有X方向的导热，肋片外的水膜只有y方向的导热。 在X方向的断面上的导热量为（数量值）：,在dX微元体上的导热增量为：,在dX的微元体上，凝结水膜与肋片的传热量为：,空调温度范围内，为了简化计算过程，饱和空气的焓可近似用下式表示为：,a、b分别为计算空气焓的简化系数,与导热增量相等,水膜导热方程变形式,dX的微元体上，湿空气和水膜的传热量为：,水膜导热方程,空气与水膜传热方程,由导热：,边界条件,肋根部,肋顶部,对于肋顶部（无热交换）,空气的i近似作为常
6、量,由 的求解值计算肋效率,湿肋的肋效率定义：空气焓与肋片平均温度对应饱和湿空气焓的差与空气焓与肋片根部温度对应饱和湿空气焓的差的比值,L肋片长度,湿肋效率,干肋效率,干湿状态下肋片效率对比,湿肋效率,4.3空气与水直接接触时的热湿交换 4.3.1热湿交换原理 空气与水直接接触时，既有显热交换又有潜热交换，并伴有质交换 结论： 温差是显热交换的推动力（高温向低温传递）， 水蒸气分压力差（含湿量差，在焓湿图上举例说明）是质交换的推动力（高分压向低分压传递，或高浓度向低浓度） 湿空气总能量的驱动力？空气焓差。,热湿充分交换，与水接触的饱和层,当空气与水在一微元面积dA（ m2）上接触时，空气温度变
7、化为dt，含湿量变化为 dd，显热交换量将是：,湿交换量,潜热交换量,总热交换量,总热交换量与显热交换量之比称为换热扩大系数，或析湿系数,水（冷媒）侧总热交换量,热交换量平衡,4.3.2空气与水直接接触时的状态变化过程 假想条件下的热质交换： (1) 与空气接触的水量无限大，结果？ (2) 接触时间无限长，结果？,4.3.2空气与水直接接触时的状态变化过程 假想条件下的热质交换： (1) 与空气接触的水量无限大，这样水温在整个过程中不发生变化，空气一直是与同一温度下的水进行换热。 (2) 接触时间无限长，由于水量无限大，时间足够长，空气温度都能达到水温，而且能达到饱和状态，所以终状态是温度为水
8、温的饱和状态。,露点温度,水温,湿球温度,干球温度,七种典型过程的特点（详细过程见后）,露点温度,水温,湿球温度,干球温度,热、质传递与温度、分压力的关系分析,露点温度,水温,湿球温度,干球温度,热、质传递与温度、分压力的关系分析,露点温度,水温,湿球温度,干球温度,热、质传递与温度、分压力的关系分析,露点温度,水温,湿球温度,干球温度,热、质传递与温度、分压力的关系分析,露点温度,水温,湿球温度,干球温度,热、质传递与温度、分压力的关系分析,露点温度,水温,湿球温度,干球温度,热、质传递与温度、分压力的关系分析,露点温度,水温,湿球温度,干球温度,热、质传递与温度、分压力的关系分析,各种情况
9、总结：,接触时间充分，但水量有限的情况分析(稳定阶段),假定：水初温低于空气露点温度，水与空气运动方向相同（顺流）的情况,空气,水,水表层饱和空气水蒸气分压力（或含湿量）由水温决定,讨论,接触时间充分，但水量有限的情况分析(稳定阶段),水初温低于空气露点温度，水与空气运动方向相反（逆流）的情况； 逆流和顺流的差异弯曲方向相反,空气,水,讨论,从空气入口开始分析,接触时间充分，但水量有限的情况分析(稳定后),水初温高于空气温度，水与空气运动方向相同（顺流）的情况；,讨论,空气,水,喷淋室能量平衡及循环水量,能量平衡,(1)喷淋室的热交换效率系数 同时考虑空气和水的状态变化，将空气状态沿等焓线投影
10、到饱和曲线上，并将饱和曲线近似认为是直线：,ts2与tw2差值越大，热湿交换越不完善,（2）喷淋室的接触系数：只考虑空气状态变化,所以,6,7,227与116相似,喷淋室的热交换效率系数和接触系数，都是从空气和水的状态参数得到的，当从设备本身因素时：,水和空气的配比比例,喷嘴密度（13-24）,（2.5-3.5）,回水温度,由冷源确定,？,空气和水直接接触时的能量总结（空气为对象） 显热 h(t-tb) 潜热 r.hmd(d-db) dQz = h (t-tb) + r hmd (d-db) dA,麦凯尔方程,焓差是总热交换推动力,总热交换量即为焓差 i,显热,潜热,总热,露点温度,水温,湿球
11、温度,干球温度,总结：显热和潜热传递的方向（同学分析）（1）当空气与水直接接触时，对空气侧而言：空气达到一定的状态为换热目的Ts1湿球温度； Tw水温； T1干球温度TL1露点温度l）总热交换： ? ?2）显热交换：TwT1？ TwT1？此时总热量？,3）潜热交换：TwTL1？TwTL1？总热流方向？ 4）当TwT1时，显热、潜热方向？总热流方向？,总结：显热和潜热传递的方向（1）当空气与水直接接触时，从空气侧而言：空气达到一定的状态为换热目的 l）总热交换量以空气初状态的湿球温度Ts1为界，当水温 时，空气为增焓过程，总热流方向向着空气；当 时，空气为减焓过程，总热流方向向着水。,2）显热交
12、换量以空气初状态的干球温度T1为界，当TwT1时，空气失去显热，但是总热流方向还要看潜热流量而定;当TwT1时，空气获得显热。,3）潜热交换以空气初状态的露点温度TL1为界，当TwTL1时，空气得到潜热量，总热流方向还要看显热流量而定，当TwTL1时，空气失去潜热量。此时，总热流方向可以确定，并指向水。,4）当水温TwT1时，显热、潜热都向着空气，总热流方向总是向着空气。,冷却塔热质交换的特点（冷却对象：水）,（2）当空气与水直接接触时，对水侧而言：水达到一定的状态为换热目的（同学分析）1）当TwT1时， 流向？总热流？水温？2）当 时， 热流方向？总热流？水温？,（2）当空气与水直接接触时，
13、对水侧而言：水达到一定的状态为换热目的（同学分析）,（2）当空气与水直接接触时，从水侧而言：水达到一定的状态为换热目的（方向分析）1）对于水来说，当TwT1时， 的热流都由水流向空气，所以水温降低；2）当 时， 的热流方向虽然相反，但是总热流o，即热流仍由水流向空气，所以水温仍然降低；3）当 此时热流量等于零，所以水温不变；4）当 ，热流方向由空气流向水面，所以水温升高。,冷却塔热质交换的特点（冷却对象） （1）冷却塔是利用环境空气温度处理用于冷却制冷机组冷凝器的冷却循环水。（2）冷却塔内水的降温主要是由于水的蒸发换热和气水之间的接触传热。（3）冷却塔多为封闭形式（冷却塔外壳），且水温与周围构
14、件的温度都不很高，故辐射传热量可不予考虑。,（4）在冷却塔内，不论水温高于还是低于周围空气温度，总能进行水的蒸发，蒸发所消耗的热量Q总是由水传给空气。（露点温度）（5）而水和空气温度不等导致的接触传热Q的热流方向可从空气流向水，也可从水流向空气，这要看两者的温度差异。,在冷却塔中，当水温高于气温时，蒸发散热和接触传热都向同一方向（即由水向空气）传热，因而由水放出的总热量为Q Q+ Q 其结果是使水温下降。当水温下降到等于空气温度时，接触传热量Q0。这时Q Q,蒸发散热仍在进行。,当水温继续下降到低于空气温度时，接触传热量Q的热流方向从空气流向水，与蒸发散热的方向相反，于是由水放出的总热量为：Q
15、 Q- Q如果Q Q，水温仍将下降，Q逐渐增加，于是当水温下降到某一程度时，由空气传向水的接触传热量等于由水传向空气的蒸发散热量，这时Q Q- Q 0,此时，总传热量等于零，水温也不再下降，这时的水温的冷却极限-湿球温度因而湿球温度代表着在当地气温条件下，水可能冷却到的最低温度。水的出口温度越接近于湿球温度ts时，所需冷却设备非常庞大，故要求冷却后的水温比ts高35。,当水温tts时，两种传热量之间的平衡具有动态平衡的特征；因为不论是水的蒸发或是水气间的接触传热都没有停止，只不过由接触传热传给水的热量全部都被消耗在水的蒸发上，这部分热量又由水蒸气重新带回到空气中。,直接蒸发式空调（没有机械制冷部件），通过空气与水体的直接接触蒸发冷却空气，达到空气调节的目的。 问题， 1、空气的冷却过程如何进行？（忽略外部传热） 2、为什么该类型的空调只能在干燥的西北等地区应用？ 3、并以30，不同相对湿度下的空气状态点进行分析，找出相应的原因。,
