质交换 VS
热交换
空气与水在一个微小表面上接触： 边界层空气t
显热交换：
dQ x(ttb)dF
W
边界层水蒸气分
子浓度
湿交换： dW D(CCb)dFkg/s
dW (pqpq,b)dF dW (ddb)dF
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2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理
湿交换： dW (ddb)dF
潜热交换：
dq Q r.dW r.(ddb)dF
Tw1
Tw1
A
Tw’
Tw’
1
Tw”
Tw”
2
Tw2
Tw2
3
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3 喷水室处理空气，热工计算
逆流喷水过程
水 饱和空气层 空气
Tw2
Tw2
A
Tw”
Tw”
1
Tw’
Tw’
2
Tw1
Tw1
3
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3 喷水室处理空气，热工计算
➢如果接触时间充分，在顺流时空气终状态将等于水 终温，在逆流时，空气终状态将等于水初温。 ➢在实际的喷水室中，无论是逆喷，还是顺喷，或是 对喷，水滴和空气的运动是比较复杂的交叉流动， ➢所以空气的终状态将既不等于水终温也不等于水初 温，对喷时也不等于平均温度
卧式
立式
➢ 7 循环水管：滤水器9与循环水管相连，水能重复使用 ➢ 14溢水管：溢水器13与溢水管相连，保持水位 ➢ 11补水管：经浮球阀12自动补水。 ➢ 15泄水管：检修、清洗和防冻等目的，放干水
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Байду номын сангаас
3 喷水室处理空气 喷嘴是喷水室的最重要部件。我国曾广泛使用 Y—1型离心喷嘴
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2 空气与水直接接触时的热湿交换：刘伊斯关系
空气绝热加湿：刘伊斯关系
绝热 加湿
热交换 湿交换
对绝热加湿过程，在dF接触表面上，显热量=潜热量
(t tb)d F r.(dbd)dF
(dbd).r(ttb)
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2 空气与水直接接触时的热湿交换：刘伊斯关系
(dbd).r(ttb)
同时存在
水蒸汽浓度差是产生质交换的推动力
温差
是产生热交换的推动力
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2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理
热交换中的热传导
质交换 方式
分子扩散：浓度梯度引起的水蒸气通过 水表面上空气层流底层
紊流扩散：紊流脉动引起的主流中空气 与饱和边界层的湿交换
热交换中的对流传热
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2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理
喷水室的主要优点：
➢实现多种空气处理过程
➢具有一定的净化空气能力
➢耗金属量少和容易加工
喷水室的主要缺点：
➢水质要求高 ➢占地面积大 ➢水泵耗能多等缺点
一般建筑中已不常用或仅作加湿设备用。在以调节湿 度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用
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3 喷水室处理空气
卧式
立式
➢档水板的作用：挡水，均匀空气；分离水滴
➢流动方式：顺、逆和对喷
➢喷嘴：1～3排，最多四排
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3 喷水室处理空气
水重复使用，温升大、 水量小，空气焓降大， 空气可达到饱和；占地 面积大，水系统复杂
双级喷水室
卧式和立式 单级和双级 低速（2～3m/s）和高速（3.5～6.5m/s） 旁通（空气混合）和带填料层（空气净化）
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3 喷水室处理空气
热湿交换设备
直接接触式
喷水室 蒸汽加湿器 局部加湿装置(喷水加湿 ） 液体吸湿剂
表面式
光管式和肋片管式空气加热器 空气冷却器
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1 空气热湿处理设备的类型
空气电加热器和使用固体吸湿剂的设备不属于热 湿交换设备：没有参与热湿交换的介质。原理有 所不同
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1 空气热湿处理设备的类型
喷水室和表面式换热器是主要研究对象
➢空气与水直接接触时的热湿交换是理论基础。 ➢用表面冷却器处理空气时，且冷却器表面温度低 于被处理空气的露点温度时，在冷却器表面上形成 一层冷凝水膜，变成了空气与水膜的直接接触。 ➢这时，表面冷却器上和 喷水室换热过程相似
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2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理
换热 过程
温度差异→ 热量传递→ 显热交换
热湿交换分析 基础
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2 空气与水直接接触时的热湿交换：刘伊斯关系 存在刘伊斯关系，有
dz Q dq Q dx Q [ c p ( t tb ) r ( d d b )d ]F
增加考虑水的液体热
Merkel方程：总热交换量的推动力是焓差
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3 喷水室处理空气
用喷水室处理空气的方法得到了普遍应用
第五章 空气的热湿处理
目的：了解各种空气热湿处理方式的特点和 系统组成 ，以及其计算方法
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1 空气热湿处理设备的类型
B D
Ⅱ Ⅰ
A
F
Ⅲ
ⅣE
C G
通过空气与各种 介质进行热湿交 换获得以上过程
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1 空气热湿处理设备的类型
热湿交换介质
水 水蒸汽 液体吸湿剂 制冷剂
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1 空气热湿处理设备的类型
温度为tb时水的汽化潜热
总热交换：dz Q dq Q dx Q [( t tb ) r .( d d b )d ]F
面积dF很难确定，但指明了影响热湿交换的因素 12/68
2 空气与水直接接触时的热湿交换：状态变化
A-2:等湿冷却 A-4:等焓加湿 A-6:等温加湿
➢看作饱和空气与未饱和空气的混合过程 ➢混合状态点位于两者连线上 ➢若接触充分，时间足够长，全部空气都能饱和并具有水的温度 ➢水温决定了空气状态变化过程
3 喷水室处理空气 喷水室的水系统 天然冷源 人工冷源
自流回水 压力回水
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3 喷水室处理空气，热工计算 前述假设条件：水量无限大，时间无限长
实际情况不可能达到，所以空气状态和水温都是不 断变化的，且空气的终状态也很难达到饱和。
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3 喷水室处理空气，热工计算
顺流喷水过程
水 饱和空气层 空气
水蒸汽分压力差异→ 质量（湿）交换→ 潜 热交换
总热＝显热+潜热
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2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理
相互传递 过程
空气与水的热、湿交换
饱和边界层的作用？？？ 温度＝水表面温度，水蒸汽分压力取决于饱和空气温度
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2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理
空气与水的热、湿交换
蒸发以及凝结通过饱和边界层的湿交换过程描述
G(db rd)G .cp(ttb)
(db
d)cp r
(ttb)
则有
/ cp
刘伊斯关系
对流热交换系数与湿交换系数之比是常数
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2 空气与水直接接触时的热湿交换：刘伊斯关系
/ cp
刘伊斯关系
用于绝热加湿过程
推广到更多的水处理空气过程
绝 冷等 加 表 热 却温 热 冷 加 干加 加 器 湿 燥湿 湿