热值交换第7章.ppt

1、第7章 混合式热质交换设备的热工计算,47-1,2020/8/17,内 容,混合式换热器的型式与结构,7.1,影响混合式设备热质交换效果的主要因素,7.2,混合式设备发生热质交换的特点,2020/8/17,喷淋室的热工计算,其它混合式热质交换设备的热工计算,冷却塔的热工计算,7.3,7.4,7.5,7.6,47-2,7.1 混合式换热器的型式与结构,混合式换热器按用途可分为： 冷却塔（或称冷水塔) 气体洗涤塔（或称洗涤塔） 喷射式热交换器 混合式冷凝器,一、混合式换热器的种类,2020/8/17,47-3,（1） 冷却塔（或称冷水塔),用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行

2、冷却降温之后循环使用,2020/8/17,47-4,（2） 气体洗涤塔（或称洗涤塔）,空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式,用来洗涤气体中的某些组分，如有害气体、灰尘等,立式洗涤塔,喷淋室,2020/8/17,47-5,（3） 喷射式热交换器,压力较高的流体由喷管喷出低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热传质，并一同进入扩散管。,2020/8/17,47-6,（4） 混合式冷凝器,用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝,2020/8/17,47-7,二、 喷淋室的类型和构造,（1） 喷淋室的构造,2020/8/17,47-8,2020/8/17,47-9,（2）喷淋室的类型

3、卧式、立式(处理小风量，占地面积小) 单级，双级 低速(23m/s)，高速(3.56m/s，Carrier产品 810m/s) 带填料式(增加喷水效率),2020/8/17,47-10,47-11,2020/8/17,三、冷却塔的类型与结构,（1）冷却塔类型 根据水与水接触方式分为： 干式冷却塔； 湿式冷却塔。,按通风方式分为： 自然通风冷却塔； 机械通风冷却塔。,按热水和空气的流动方向分为： 逆流式冷却塔； 横流（交叉流）式冷却塔。,2020/8/17,47-12,冷却塔结构,2020/8/17,47-13,冷却塔作用原理示意图,2020/8/17,47-14,自然通风,机械通风,横流,逆流

4、,2020/8/17,47-15,（2）冷却塔构造 1）淋水装置（填料） 作用：增大水与空气的接触面积、接触时间，促进水气 之间的热质交换。,型式：按水在冷却塔中的形状可分为： 点滴式； 薄膜式； 点滴薄膜式。,2020/8/17,47-16,倾斜式,阶梯式,棋盘式,方格式,点滴式淋水装置板条布置方式,2020/8/17,47-17,淋水片,双向波,S波,六角蜂窝,薄膜式淋水装置填料,斜折波,2020/8/17,47-18,利用多层网格板淋水,点滴薄膜式淋水装置,2020/8/17,47-19,2）配水系统 作用：将循环水均匀的分配到整个淋水面积,常用的配水系统有： 槽式； 管式； 池式。,2

5、020/8/17,47-20,槽式配水系统,管式（旋转）配水系统,池式配水系统,2020/8/17,47-21,3）通风筒,2020/8/17,47-22,即冷却塔的外壳、气流的 通道。风筒截面积一般是 圆锥形或抛物线形。 在机械通风冷却塔中， 有鼓风机送入式（工作条 件好）、和抽风机吸入式 （应用广泛）,2020/8/17,47-23,7.2 影响混合式设备热质交换的主要因素,（1）喷嘴排数 单排不如双排，三排与双排差不多。 实际中多用两排； 当喷水量大使水压较大时，采用三排。,1)气水间焓差；2）空气流动状况；3）水滴大小；4）水气比； （以上内容前边已经讲过，下面讲第五方面） 5）设备的

6、结构特性（以喷淋室为例）,2020/8/17,47-24,（2）喷嘴密度 密度过大：水苗互相重叠。 密度过小：水苗不能覆盖整个喷淋室端面。 一般取1324个/m2排。 增大喷水量可采用增大水压，如果水压过大， 则可增加喷嘴排数。,（3）喷水方向 1排：逆喷； 2排：对喷； 3排：1顺2逆。,2020/8/17,47-25,（4）排管间距 间距过小：水苗互相重叠。 间距过大：水苗不能覆盖管排间的整个空间。 使用Y1型喷嘴，一般取600mm。,（5）喷嘴孔径 孔径过小：容易堵塞； 孔径过大：水滴大，比表面积小。,（6）空气与水的初参数 空气与水的初参数决定了空气与水的热质交换过程,2020/8/1

7、7,47-26,7.3 混合式设备发生热质交换的特点,1、空气与水表面之间既有热量交换，一般还有质量交换 。,2、根据喷水温度不同，二者之间可能仅有显热交换；也可能既有显热交换，又有质量交换引起的潜热交换，显热交换与潜热交换之和构成它们之间的总热交换 。,3、在实际的喷淋室里，喷水量总是有限的 ，空气与水的接触时间也不可能很长，所以空气状态和水温都是不断变化的，而且空气的终状态也很难达到饱和。,一、喷淋室热质交换的特点,2020/8/17,47-27,用喷淋室处理空气的实际过程,2020/8/17,47-28,二、 冷却塔热质交换的特点,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

8、热。因为冷却塔多为封闭形式，且水温与周围构件的温度都不很高，故辐射传热量可不予考虑； 在冷却塔内，不论水温高于还是低于周围空气（干球）温度，总能进行水的蒸发 。,取显热为Q，潜热为Q，则水放热量为：,蒸发冷却既有显热，又有潜热交换，水可降温至低于空气温度。,2020/8/17,47-29,冷却塔内热质交换过程的特点（水的降温过程） 冷却塔内水的降温主要由于水的蒸发换热和气水之间的温差传热。 湿球温度代表着当地气温条件下，水可能冷却 到的最低温度。但实际应用中，水的出口温度达不 到ts，因水的出口温度越接近于湿球温度ts时，所 需冷却设备越庞大，故冷却后的水温比ts高35,7.4 喷淋室的热工计

9、算,一、喷淋室的热交换效率系数和接触系数,2020/8/17,47-31,（1）喷淋室的热交换系数（第一热交换效率、全热交换效率）,2020/8/17,47-32,利用相似三角形对应边成比例：,得近似表达式：,（2）喷淋室的接触系数（第二热交换效率、通用热交换效率）,2020/8/17,47-33,绝热加湿过程的接触系数,2020/8/17,47-34,二、喷淋室热交换效率系数和接触系数的实验公式,各系数见p287附录7-1,附录5-8是在管嘴密度为13个/(m2排)条件下的数据，当喷嘴密度变化较大时应进行修正。,2020/8/17,47-35,三、 喷淋室的计算类型,2020/8/17,47

10、-36,四、喷淋室计算的主要原则,该喷淋室能达到的1, 2应该等于空气处理过程需要的1 , 2 ；,该喷淋室喷出的水能够吸收（或放出)的热量应该等于空气失去（或得到)的热量。,由于W/G=, 所以：,2020/8/17,47-37,五、 喷淋室设计的计算方法,（1）计算用方程组,计算中一般用湿球温度，而不用空气焓，取a=i/ts,部分a值见p201表7-2,2020/8/17,47-38,（2）循环水量Wx的确定 冷水量Wl、循环水量Wx、回水（或溢流水）量Wh,2020/8/17,47-39,（3）喷淋室的阻力计算,前后挡水板的阻力 喷嘴排管阻力 水苗阻力,1）前后挡水板阻力,2）喷嘴排管阻

11、力,3）水苗阻力,P：喷嘴前压力（atm） b：系数（单排顺喷-0.22，单排逆喷0.13，双排对喷0.075）,P202例题,2020/8/17,47-40,六、喷淋室的校核计算,喷淋室热工计算必须同时满足三个方程式，而这样解出来的喷水初温必然是一个定值。 成本问题 如果水初温偏高一些（不是比计算值偏高很多)，但是将水量加大一些，是不是也可达到同样的处理效果呢?,2020/8/17,47-41,1、喷水温度与喷水量的关系 研究表明，在一定范围内适当改变喷水温度并相应 改变喷水系数，可以达到同样的处理效果，但是在 新的水温条件下要对喷淋室进行校核性计算，,在新的水温条件下，所需喷水系数大小，由

12、热平衡 关系式求得： 式中：tl：被处理空气的露点温度 tw1，：设计计算时的喷水温度和喷水系数 t/w1，/：新水温及在此喷水温度下的喷水系数 2、校核计算步骤 1）先确定喷水量w，再校核t2，ts2 2）保持t2不变，校核w和ts2 3）保持ts2不变，校核w和t2。,P205 例题,7.5 冷却塔的热工计算 1、计算的任务 通常要求计算塔内不同高度上的水温tw， 空气干球温度t和含湿量d等三个变量，如果用 空气的焓i代替空气干球温度t和含湿量d，则 变量只有两个。 对于三个变量的情况，可采用求解基本方 程法，对于两个变量的情况可采用焓差法。常 用的方法是焓差法。 2、焓差法,以逆流冷却塔

13、为例,（1）用焓差法计算冷却塔的基本方程,Merkel方程,7.5 冷却塔的热工计算,hmd,填料比表面积,2020/8/17,47-44,能量扩散方程 ,水和空气之间存在热平衡方程,微元段水放出的热量：,空气在微元段吸收的热量：,令：,2020/8/17,47-45,k是考虑蒸发水量带走热量的系数，计算表明：此项热量通常只有总传热量的百分之几，k接近于1， 它基本上是出口水温tw2的函数。,2020/8/17,47-46,此式用于求解与每个水温相对应的空气的焓值。,定义：按温度积分的冷却数（冷却数）N,称N为按温度积分的冷却数，是一个无量纲数，冷却数表示冷却负荷与水面散热速度的比值,N越大表

14、示要求散热量大，所需淋水装置大；冷却 数N表示水温从tw1降到tw2所需要的特征数，它代表冷 却负荷的大小。 N值越大，表示散发的热量越多.,2020/8/17,47-47,定义：冷却塔特性数N,称N为冷却塔的特性数，式中hmd反映了淋水装置的散热能力，因此，特性数反映了冷却塔所具有的冷却能力，它与淋水装置的构造尺寸、散热性能及气、水流量有关。 冷却塔的设计计算，就是要求冷却任务与冷却能力相适应，即保证N=N。,2020/8/17,47-48,式中（iwi）指水面饱和空气的焓与外界空气焓差, 此值越小，水的散热就越困难，故冷却数N与外部空 气参数有关，而与冷却塔的构造和型式无关。,（2）冷却数

15、的确定,可利用数值方法积分下式,（3）特性数的确定,其中,特性数与容积传质系数、冷却塔构造及淋水情况有关,冷却数的简化计算(水的温降小于15),2020/8/17,47-49,（4）换热系数与传质系数的计算 主要方法是通过实验取得资料,P209 图7-19图7-21,（5）气水比（）的确定 气水比是指冷却每千克水所需的空气千克数。 G/W 越大，冷却塔冷却能力越大，与互为例数， 可选=0.8 .5,确定的气水比应使N=N,2020/8/17,47-50,冷却数N与气水比有关，特性数N/也与气水比有关，因此被确定的气水比能使N=N/，假设不同的气水比，得到N曲线，再作出填料特性数曲线N/两条曲线的交点P所对应的气水比p即为所求的气水比， p点称为冷却塔的工作点。,冷却塔的热工计算类型,（6） 冷却塔的通风阻力计算 通风阻力计算的目的是在求得阻力之后选择适当的风机（对机械通风冷却塔）或确定自然通风冷却塔的高度,P210 表7-3,2020/8/17,47-52,计算的技术指标： 1.热负荷：冷却塔在单位时间内单位有效面积上所能 散发的热量 2.水负荷：冷却塔在单位时间内单位有效面积上所能 冷却的水量 3