5.3. Построение процессов изменения состояния влажного воздуха на j-d диаграмме

5.3.1. Нагревание и охлаждение влажного воздуха в поверхностных теплообменниках

Нагревание влажного воздуха при его контакте с сухой поверхностью, имеющей более высокую температуру, происходит при постоянном влагосодержании.

Если известно начальное состояние воздуха (точка 1), то новое его состояние после нагревания на J-d диаграмме определится как точка пересечения линии d₁ = d₂ = const и линии изотермы t₂ (рис. 4). Для точки 2, так же как и для точки 1, можно определить все необходимые параметры и, в частности, начальное и конечное значения энтальпии J₁ и J₂. Зная разность J₂ - J₁ и количество сухого воздуха, которое надо нагреть в единицу времени, G_c, кг/ч, можно определить количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха Q_т:

Q_т = G_c(J₂ - J₁).

Напомним, что G_c - масса сухой части воздуха, равная

,

где G_в - масса влажного воздуха.

Рис. 4.

При охлаждении влажного воздуха в поверхностных воздухоохладителях до температуры t₃ выше температуры точки росы t_p, процесс изображается линией d₃ = d₁ = const (рис. 5).

Рис. 5.

Количество теплоты, отводимой от воздуха при охлаждении от состояния 1 до состояния 3, определяется по формуле

Q_х = G_c(J₁ – J₃).

Это количество теплоты составляет расчетную холодопроизводительность поверхностного воздухоохладителя.

Если охлаждение влажного воздуха осуществляется до температуры, которая ниже температуры точки росы, то на поверхности воздухоохладителя происходит частичная конденсация водяного пара, находящегося во влажном воздухе.

В работе[10] рассмотрены два предельных случая такого процесса.

При постоянной температуре охлаждающей стенки изменение состояния воздуха изображается на J-d диаграмме прямой линией, соединяющей точку начального состояния воздуха с точкой на линии насыщения при постоянной температуре поверхности t_п (рис. 6).

Однако температура охлаждающей поверхности может считаться постоянной и близкой к температуре холодильного агента t_в только в воздухоохладителях непосредственного испарения с медными гладкими трубками.

Второй предельный случай возможен, если тепловое сопротивление на наружной оребренной поверхности близко к нулю, т.е. температура поверхности t_п равна температуре воздуха t_в. Тогда в начале процесса температура t_п выше температуры точки росы t_p, и охлаждение воздуха происходит без его осушения. Такой процесс изображается на J-d диаграмме линией d = const до ее пересечения с линией насыщения. После этого начинается конденсация влаги, и процесс охлаждения и осушения воздуха идет по линии насыщения.

Рис. 6.

При большой поверхности охлаждения температура выходящего воздуха будет приближаться к температуре холодильного агента:

Расчетную холодопроизводительность поверхностного воздухоохладителя определяют по формуле

Q_х = G_c(J₁ – J_а).

Массу сконденсированной влаги вычисляют по формуле

М_в = G_c(d₁ – d_a).

Рассмотренных предельных случаев в действительности не бывает. Реальный процесс изменения состояния воздуха в воздухоохладителе протекает по кривой, расположенной внутри треугольника 1-Р-А, и относительная влажность охлажденного воздуха обычно меньше 100%.