湿空气的应用

湿空气在工程上应用很广,其过程不外加热或冷却加湿去湿以及混合.这些过程普遍地都是稳定流动,在分析时需要应用:

1.能量守恒方程;

2.质量平衡方程;

3.湿空气的特性参数;

此外,研究这些过程和装置的不可逆性时还要用:

4.熵方程.

现以烘干和冷却塔为例,说明其应用及计算方法.

一、烘干

烘干装置是利用未饱和湿空气吹过被烘干的物料,吸收其中水分的设备.为提升湿空气的吸湿能力,一般都先将湿空气加热.。

相对温度为Φ1温度为t1的湿空气定压下透过加热器时,外界加热湿空气,湿空气温度升高到t2.但并未增加湿空气的水蒸气含量,也无蒸汽凝结析出,因而相对湿度下降为Φ2,所以提升了吸湿能力.可见在加热器中的加热过程是个升温增焓的定比湿度(ω1=ω2)过程.在h-ω图上是一条向上的垂线,对每千克干空气的加热量 q=h1-h2 KJ/kg (干空气)

当加热后的湿空气进入干燥器干燥物料时,主要由湿空气放热(减少湿空气的焓)使湿物料中的水分汽化而进入空气,增加空气中所含水蒸气的焓.由此,干燥过程可近似看成空气温度逐渐降低而湿度逐渐增加的定焓过程,即h2-h3,显然,每千克干空气从湿物料中带走的水分为 Δω=ω3-ω2 kg(水蒸气)/kg(干空气)

二、冷却塔 

在缺水地区,工业中的冷却用水,常用空气使之冷后再循环使用.冷却方法之一是透过间壁(式或表面)式换热器中的壁面将空气和被冷却的水分隔开,而使之进行热量交换.这种换热方法,被冷却的水温最低只能被冷却至接近空气温度.若使空气和被冷却的水在冷却塔中直接接触(这种换热器叫混合式换热器),蒸发冷却,则被冷却的水温在理论上可冷至空气的湿球温度(<空气的温度),所以冷却塔比间壁式换热器能将更多热量传给空气.

因此,在给定的传热量下,冷却塔的体绩要比间壁式换热器小.但冷却塔的缺点是有水的蒸发损失,需要补充水.由凝汽器排出的热水(温度为t13焓为h13流率为m13)在接近冷却塔顶处送入塔内向下喷淋,为提形成细滴有利于蒸发.

大气中的未饱和显空气在塔内逆行而上与水滴接触,水蒸发而被冷却,温度降至t14焓为h14.从塔底冷却池流出的冷却水流率为m14,与补充水一起水帮浦送入凝汽器循环使用.单位时间内流入与流出冷却塔的湿空气由ma【kg(干空气)/h】和ωma【kg(水蒸气)/h】两部分组成.其入口处的状态1为t1 h1 Φ1 ω1,退场门处的状态2为t2 h2 Φ2 ω2.湿空气在冷却塔中经历的过程是升温增焓增湿过程.

水流及湿空气流在冷却塔中是稳定流动.若与外界热量的交换可略去不计,又无外功交换,且巨视动能与巨视位能也可忽略不计,则根据稳定流动能量方程可知Δh= 0.即流体进入冷却塔的焓等于流体离开冷却塔的焓。

根据水的质量平衡,则
m l3+ maω1= m l4+ maω2
或m l3- m l4=ma (ω2 -ω1) 式中求得计算出所需的湿空气量和所需补充的冷水量.

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