第7章-熱質(zhì)交換原理 混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計算

2023/11/2847-1第七章

混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計算《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》2023/11/2847-2目錄7.1混合式換熱器的型式與結(jié)構(gòu)7.2影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換效果的

主要因素7.3混合式設(shè)備發(fā)生熱質(zhì)交換的特點7.4噴淋室的熱工計算7.5冷卻塔的熱工計算7.6其它混合式熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計算7.1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：冷卻塔（或稱冷水塔)氣體洗滌塔（或稱洗滌塔）噴射式熱交換器混合式冷凝器7.1.1混合式換熱器的種類2023/11/2847-3（1）冷卻塔（或稱冷水塔)

用自然通風或機械通風的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環(huán)使用2023/11/2847-4（2）氣體洗滌塔（或稱洗滌塔）

空調(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認為是它的一種特殊形式

用來洗滌氣體中的某些組分，如有害氣體、灰塵等立式洗滌塔噴淋室2023/11/2847-5（3）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與射流直接接觸進行傳熱傳質(zhì)，并一同進入擴散管。2023/11/2847-6（4）混合式冷凝器用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝2023/11/2847-77.1.2噴淋室的類型和構(gòu)造（1）

噴淋室的構(gòu)造2023/11/2847-82023/11/2847-9（2）噴淋室的類型臥式、立式(處理小風量，占地面積小)單級，雙級低速(2~3m/s)，高速(3.5~6m/s，Carrier產(chǎn)品8~10m/s)帶填料式(增加噴水效率)2023/11/2847-102023/11/2847-117.1.3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。按通風方式分為：自然通風冷卻塔；機械通風冷卻塔。按熱水和空氣的流動方向分為：逆流式冷卻塔；橫流（交叉流）式冷卻塔。2023/11/2847-12冷

卻

塔

結(jié)

構(gòu)2023/11/2847-13冷卻塔作用原理示意圖2023/11/2847-14自然通風機械通風橫流逆流2023/11/2847-15（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，促進水氣之間的熱質(zhì)交換。按水在冷卻塔中的形狀可分為：點滴式；薄膜式；點滴薄膜式。2023/11/2847-16傾斜式階梯式棋盤式方格式點滴式淋水裝置板條布置方式2023/11/2847-17淋水片雙向波S波六角蜂窩薄膜式淋水裝置填料斜折波2023/11/2847-18利用多層網(wǎng)格板淋水點滴薄膜式淋水裝置2023/11/2847-192）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：槽式；管式；池式。2023/11/2847-20槽式配水系統(tǒng)管式（旋轉(zhuǎn)）配水系統(tǒng)池式配水系統(tǒng)2023/11/2847-213）通風筒2023/11/2847-227.2

影響混合式設(shè)備熱質(zhì)交換的主要因素（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；當噴水量大使水壓較大時，采用三排。

1)氣水間焓差；2）空氣流動狀況；3）水滴大??；4）水氣比；（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）2023/11/2847-23（2）噴嘴密度

密度過大：水苗互相重疊。密度過小：水苗不能覆蓋整個噴淋室端面。一般取13～24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

1排：逆噴；2排：對噴；3排：1順2逆。2023/11/2847-24（4）排管間距

間距過小：水苗互相重疊。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

孔徑過?。喝菀锥氯?；孔徑過大：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)決定了空氣與水的熱質(zhì)交換

過程。2023/11/2847-257.3

混合式設(shè)備發(fā)生熱質(zhì)交換的特點1、空氣與水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，空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)也很難達到飽和。7.3.1噴淋室熱質(zhì)交換的特點2023/11/2847-26用噴淋室處理空氣的實際過程A123tw1tw'tw"tw2φ=100%(a)水tw1tw2空氣順流Aφ=100%123tw1tw'tw"tw2(b)tw1tw2逆流2023/11/2847-277.3.2

冷卻塔熱質(zhì)交換的特點冷卻塔內(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；在冷卻塔內(nèi)，不論水溫高于還是低于周圍空氣（干球）溫度，總能進行水的蒸發(fā)。取顯熱為Qα，潛熱為Qβ，則水放熱量為：Q=Qβ+QαQ＝Qβ

Q=Qβ-Qα

Q=Qβ-Qα=0水溫下降干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。2023/11/2847-287.4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)123t2tw2t3ts2i1t1i2ts12’1’tw1452023/11/2847-29123t2tw2t3ts2i1t1i2ts12’1’tw145（1）噴淋室的熱交換效率系數(shù)η1（第一熱交換效率、全熱交換效率）2023/11/2847-30123t2tw2t3ts2i1t1i2ts12’1’tw145利用相似三角形對應(yīng)邊成比例：得近似表達式：（2）噴淋室的接觸系數(shù)η2（第二熱交換效率、通用熱交換效率）2023/11/2847-31123t2t3=ts1=ts2t1絕熱加濕過程的接觸系數(shù)2023/11/2847-327.4.2

噴淋室熱交換效率系數(shù)和接觸系數(shù)的實驗公式各系數(shù)見p283附錄7-1

附錄7-1是在管嘴密度為13個/(m2排)條件下的數(shù)據(jù)，當噴嘴密度變化較大時應(yīng)進行修正。2023/11/2847-33計算類型已知條件求解內(nèi)容設(shè)計計算空氣量G噴淋室結(jié)構(gòu)，噴水量W冷水初、終溫tw1，tw2空氣初狀態(tài)t1，ts1，i1空氣終狀態(tài)t2，ts2，i2校核計算空氣量G空氣終參數(shù)t2，ts2，i2，冷水終溫tw2空氣初參數(shù)t1，ts1，i1噴淋室結(jié)構(gòu),噴水量W，冷水初溫tw17.4.3

噴淋室的計算類型2023/11/2847-347.4.4

噴淋室計算的主要原則

①該噴淋室能達到的η1應(yīng)該等于空氣處理過程需要的η1；

③該噴淋室噴出的水能夠吸收（或放出)的熱量應(yīng)該等于空氣失去（或得到)的熱量。由于W/G=μ,所以：2023/11/2847-35

②該噴淋室能達到的η2應(yīng)該等于空氣處理過程需要的η2；7.4.5

噴淋室設(shè)計的計算方法（1）計算用方程組計算中一般用濕球溫度，而不用空氣焓，取a=i/ts部分a值見p200表7-22023/11/2847-36（2）循環(huán)水量Wx的確定

冷水量Wl、循環(huán)水量Wx、回水（或溢流水）量Wh

噴淋室G，i1G，i2W,tw1Wh,tw2Wl,tlWx,tw22023/11/2847-37（3）噴淋室的阻力計算①前后擋水板的阻力②噴嘴排管阻力③水苗阻力1）前后擋水板阻力2）噴嘴排管阻力3）水苗阻力P：噴嘴前壓力（atm）b：系數(shù)（單排順噴-0.22，單排逆噴0.13，雙排對噴0.075）P201例題2023/11/2847-387.4.6

噴淋室的校核計算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。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，是不是也可達到同樣的處理效果呢?P204例題2023/11/2847-397.5.1

冷卻塔的熱工計算方法(逆流)（1）用焓差法計算冷卻塔的基本方程Merkel方程W-dW,tW,t+dtG,iG,i+di熱平衡方程7.5冷卻塔的熱工計算hmd填料比表面積2023/11/2847-40令：出口水溫t210203040501.00.9K2023/11/2847-412023/11/2847-42定義：按溫度積分的冷卻數(shù)（冷卻數(shù)）N定義：冷卻塔特性數(shù)N'冷卻數(shù)表示冷卻負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；冷卻塔特性數(shù)N'表示冷卻塔冷卻能力。2023/11/2847-43（2）冷卻數(shù)的確定可利用數(shù)值方法積分下式（3）特性數(shù)的確定其中特性數(shù)與容積傳質(zhì)系數(shù)、冷卻塔構(gòu)造及淋水情況有關(guān)冷卻數(shù)的簡化計算(水的溫降小于15℃)2023/11/2847-44（4）換熱系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù)的計算

主要方法是通過實驗取得資料P208圖7-19~~圖7-21（5）氣水比（λ）的確定

氣水比是指冷卻每千克水所需的空氣千克數(shù)。

λ＝G/W

λ越大，冷卻塔冷卻能力越大，可選λ=0.8~１.5確定的氣水比應(yīng)使N=N'PNN'N/N'λλP