水_空气处理系统全热交换模型和性能分析

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1、ISSN1000-0054清华大学学报(自然科学版)1999年第39卷第10期11/34CN11-5154/NJTsinghuaUniv(Sci&Tech),1999,Vol.39,No.1035～38水—空气处理系统全热交换模型和性能分析张寅平,朱颖心,江亿清华大学热能工程系,北京100084文摘为解决已有模型难以指导应用的不足,建立了分析和仿真,难以对实际应用产生切实的指导。顺、逆流水—空气处理系统全热交换性能的模型。藉此模型,为此,利用热质交换原理,进行了一些合理简分析了各因素对水—空气处理系统全热交换性能及出口参化,建立了分析水—空气处理系统全热

2、交换性能的数的影响,从理论上推出了该类系统的全热交换效率公式的数学模型,所建模型克服了ASHRAE手册中模型形式,并计算了顺流和逆流式空气冷却干燥过程的全热交换的上述不足,并藉此对喷水室性能及其影响因素进效率,所得结果与实验结果误差在7%以内。该模型是分析行了分析和讨论。空调领域中各类顺、逆流喷水式空气处理过程全热交换性能的较通用模型,对该类系统的设计、调试、性能分析与模拟有1数学模型及求解一定的帮助。1.1简化及假定关键词传热;全热交换;空调;水—空气处理系统为突出问题本质,简化分析,对水滴—空气的热分类号TK11质交换做以下简化和假定:1)液滴为球形

3、,其半径分布函数为f(rw),液滴在空调工程中,用喷水处理空气是普遍采用的在系统内均匀分布;方法,利用该方法可实现多种空气处理过程,也形成2)在水滴下落过程中,水滴直径D变化不大了多类常用空调设备如冷却塔、喷水室、喷雾式加湿[2](喷雾加湿器除外);[1,2]器等。[3]3)水滴速度恒定;目前,水—空气处理系统全热交换性能主要藉4)水滴的Biot数Bi<0.1,故水滴的换热采用实验测定,空调设计中的热工计算完全基于厂家和集中热容法处理;手册提供的经验公式。水—空气处理系统实际上是5)紧贴水滴的空气层系温度为水滴温度(tw)气液换热器,和普通换热器不同的是

4、,空气和水之间的饱和湿空气,其焓为iw(tw);的换热不仅有显热交换,而且有潜热交换,从而使其6)每个水滴的传热系数与单个水滴的传热系全热交换分析较普通换热器复杂。美国暖通、制冷和数具有类似的准则公式,其对流换热系数可用对单空调工程师学会(ASHRAE)1996年版的ASHRAE[4][2]滴适用的如下公式:手册(暖通空调系统与设备部分)从热质交换原理1/21/3NuD=2+c3ReDPr,c3=0.6.上分析了冷却塔的性能,但令人不能满意的是:1)7)在不大的温度区间(<15℃),iw和tw的关给出的数学模型过于简化,不能分析各因素对水—系可近似当作线

5、性关系,即iw=c1tw-c2,同理,ia=空气处理系统全热交换性能的影响;2)没有从理论上推导出水—空气处理系统全热交换经验公式的c1ts-c2。对较大的温度区间,可对iw和tw做分段线形式,因而难以对由实验总结经验公式提供理论指性处理。从等效换热角度出发,可推得水—空气处理导;3)不能分析水—空气处理系统可调参数对其系统内水滴当量半径为∞出口参数和性能的影响,不能实现系统的性能模拟3h(rw,D)∫f(rw)rwdrw0rw,D=∞(1)2f(rw)rwh(rw)drw收稿日期:1998-10-13∫0第一作者:男,1962年生,教授式中,f(rw)

6、为不同半径rw的水滴分布函数;h为36清华大学学报(自然科学版)1999,39(10)-1-2对流换热系数,单位为WõKõm.其中,ia,1=c1ts,1-c2。则水—空气处理系统单位时间内产生的半径为当Wcp,wiw-ia=a0tw+a1+tw,2(8)G量半径的水滴数为:Wcp,w43式中:a0=c1-=f2(W/G),a1=-c1ts,1n=WPrw,DQw(2)G3将式(8)代入式(4)并积分得式中,W为喷水量,单位为kg/s.tw,1-tw,2=液滴在系统内的分布密度Nd为(见图1):a1Wcp,waNH1ntw,2++tw,2(e0TU-1)

7、(9)Nd=n=a0Ga0vHLvL解方程(9)得L1n或Nd=n=(3)vHLvHtw,1+a1(1-ea0NTU)由于只有顺、逆流式水—空气处理系统全热交ta0w,2=(10)aNWcp,waN换的数学模型可通过解析法求解,故以下仅对此类e0TU+(e0TU-1)Ga0系统的全热交换性能进行分析和讨论。从而得1.2数学模型及求解tw,1-tw,2=a2tw,1+a3(11-1)逆流式水—空气处理系统的尺寸、流体流动情aNWcp,w(e0TU-1)1+况和坐标系示意图见图1。aGa0=2=aNWcp,waNe0TU+(e0TU-1)Ga0f3(a0,N

8、TU,W/G)=f4(W/G,Qava,rw,H/v)(11-2)aNa1(e0