五 表面式换热器-表冷器在线视频

使用了传热单元法

我们这个表冷器它的换热过程

就可以用几个换热的效率描述了

首先我介绍一下表冷器的第一个效率

全热交换效率Eg也称为叫干球效率

它反映的是换热器的效能

它的物理意义是显热换热效果

与最大可能的换热效果之比

它考虑的是显热部分

它的定义式是

这个全热交换效率干球效率Eg

等于变化最大的流体温差

比上两个流体间的最大温差

变化最大的流体温差自然是空气侧

绝对不会是水侧

也就是说t1减t2

比上两流体间的最大温差

那么自然是t1减去tw1了

那这个效率

它的最终的数值肯定是小于等于1的

因为t2不可能会比tw1更低

研究人员们发现

这个干球效率的理论公式

和它的实验值是吻合的很好的

所以生产这个表冷器的厂家

没有必要一个个去做实验得这个

干球效率的实验公式了

可以直接使用这个理论的公式

干球效率的公式就是这样的

这里面出现了一些参数

这个β就是我们讲的传热单元数

这个β的表达式

是等于湿工况下的传热系数Ks

乘以换热面积

再除以析湿系数与空气侧的流量

以及湿空气的定压比热

它的积就是这两个的比值

它代表了1度温差的传热量

与空气升高1度所需要的热量之比

这就是它的传热单元数的定义

γ是两个流体的水当量比

这是γ的表达式

它的分子表达的是

空气侧的流体含有的总热量

它的分母是水侧的流体含有的总热量

也就相当于水的温升比上空气的温升

那么至于析湿系数

在这里我们给出一个准确的定义

就是空气的两个焓差

也就是反映了空气的总热量变化

比上空气的显热的变化

它代表了全热交换量

比上显热的交换量

下面我们介绍的是第二个效率

通用或第二热交换效率俗称接触系数

我把接触系数放在前面是

因为接触系数这个词

非常准确的反映了它的物理意义

我们来看看空气变化过程

它的焓湿图表达

空气状态点同t1到t2

它的湿球温度也从ts1降到ts2

那么水的初始温度是tw1

图中的t3其实表达的是

机器的最理想的最终的机器露点

相当于1 2这两点的联线的延长线

和饱和线的交点

可以认为是表冷器表面的平均温度

如果空气跟表冷器接触的时间无限长

那么这个空气

就有可能达到了t3这个终状态

接触系数它的准确定义是t1减去t2

再除以t1减去t3

但是这个反映了空气

与冷表面接触的充分的程度

如果接触的非常充分的话

那么t2也就会达到了t3

这个接触系数就达到了1

由于在我们的实际的换热过程中

人们并不知道这个t3

也就说可能达到的

最理想的状态会是多少

我们只能看到终状态2

它的温度

它的湿球温度是什么样子

所以在这个公式的实际要落实到应用的话

它还是要用我们看得见的这些参数来描述

在这里就用了一个相似三角形的方法

把这个饱和线和空气处理过程的

这条直线中间加的这个三角

有两个三角进行了类比

就约等于这个1减去分子式t2减ts2

分母是t1减去ts1

得出这么一个近似公式

最后这个接触系数就是会是小于或等于1的

那么大家如果再看一看

如果我的t1和t2点都在饱和线上

都贴到下面了

上面这个公式还能用吗

实际上这个相似三角形就不存在了

就没办法算这个接触系数了

其实它这个接触系数

它是有非常清晰的物理意义的

我们可以看这个空气不是进入到换热器

在这个肋片间走

初始的状态是t1

那么出口的时候会是t2

可是这个t2是怎么形成的呢

这些空气有一部分会跟这个表面接触

接触的这部分就达到了这个表面的状态

达到这个t3的状态

如果这个空气一直在这个换热器里面走

快到出口的时候

有50%的空气都达到了t3的状态

跟这个边壁是完美的接触到了

还有一部分没有接触到这个

换热表面还是维持它的t1的状态

到了出口它就两个混合了

就形成了t2

如果是有50%接触到这个壁面了

那么t2就是这两个一家一半

在焓湿图上表示就是这么一个状态

这是接触系数为50%

但是如果接触系数是100%

它的意思说100%的空气

都跟这个壁面接触了

都达到了t3

所以它的终状态就应该落在这个饱和线上

就是这个t3了

如果完全这个空气很不幸完全都没有接触

当然这种情况是非常罕见的

出口等于入口没有变化

实际上你们可以看到

终状态就是t1和t3的一个混合过程

只是看混合到哪里而已

所以说这个表冷器处理空气的话

它的终状态必然落在初状态

到这个饱和线上的切线或者割线上面

绝对不会跑到别的地方

当然这条割线的范围是比较大的

这个割线最极端的可以垂直往下

它往左最多就是到了切线的状态

再往左它是做不到了

因为没有一个更左边的t3跟它进行混合

它就过不去了

那么接触系数它的理论式这样的

这个公式里呢

我们可以看到外表面的换热系数

换热面积 空气的流量

以及空气的它的定压比热

我们再折算这个把这个空气的流量

可以换成这个换热器的迎风面积Fy

以及它的迎面风速Vy

这样又换成了另一种表达形式

直接与迎面风速来表述了

那么它的换热面积F

可以描述为与这个肋管排数N相关

根据前面我们推理的外表面换热系数αw

它跟什么参数相关

我们是知道它是跟迎面风速Vy是相关的

那么当然它有个指数

这个指数呢应该是小于1的

但是最大的问题是

这个表冷器外表面的这个

面积是非常难求的

所以它这个理论式

就没有办法这么简单的确定了

只好要通过实验来进行确定

那么这个接触系数

与它的表冷器的结构迎面风速

以及它的排数N都是直接密切相关的了

那么对于一个表冷器来说

都哪些因素影响它的效率呢

因为这涉及到我们怎么去提高这个

它的换热效率这样一个途径是什么

我们需要了解这个

首先我们可以看一看

提高接触系数它的技术途径是什么

首先一个就要增加排数

第二个要降低迎面风速

那么至于这个干球效率

也就是这个全热交换效率直接相关的因素

它包括换热器的结构

也就是它的传热系数和面积KF

还有它的风量与迎面风速

它的水量 进水温度还有它的析湿系数

我们的空调工程师

在做空调系统设计的时候

会涉及到对表冷器进行设计和校核计算

实际上这个设计与校核计算

它的基本原理就是

要求我们把两个干球效率

以及接触效率这两个数我要让它达到要求

或者说这个空气处理过程

要求的这个干球效率与接触系数

必须等于你所选择的表冷器

可以达到的干球效率与析湿系数

表达成公式就是这样一个公式

左边是这个换热过程那些参数

水温空气温度以及空气的湿球温度

右面就是涉及到一个是表冷器的结构参数

以及我们配比的风量和水量

还有一个很重要的条件要满足

就是热平衡方程

也就是说空气侧失去的热量

要等于水侧获得的热量

这个是一定要满足的

通过这个热平衡方程我们来确定

我们的提供的水量以及水的温度

下面我们看一看

这个表冷器它的设计过程是什么

设计计算它的任务是什么呢

就是要选择定型的表冷器

来满足已知的初终参数的空气处理要求

那么一开头我们就会知道

风量进出口的空气参数

以及入口的水温tw1

那么用这些参数我们就可以求出

析湿系数和接触系数

然后我们再用接触系数

去查这些表冷器产品的样本

去选型号和排数看看哪个表冷器

能够满足这个接触系数的要求

然后我们再根据这个表冷器的型号

和它的迎面风速就来确定迎风面积了

因为每一个表冷器

它都有一个迎风面积

如果我这个迎风面积需求大

那可能我还要并联一些表冷器

那么如果正好

那么就不用并联了

这样同时这个表冷器

本身的换热面积也就知道了

因为它的型号和排数也都知道了嘛

下一步的工作

就是根据我们的入口水温tw1

算一算我们需要的干球效率

再用计算手册里给出的经济流速

来假定水的流量w和水气比

有了这些变量之后

我们就可以再根据表冷器的KF值

算出它能够从理论上达到的干球效率

我们写成Eg*

那下面我们就可以看一看

这个Eg*跟我们要求的Eg是不一样

如果一样的话

好 计算就成功了

如果它不一样的话

我们就要反过去调整水量和气水比

把它调到比较接近

一直调到我们这个表冷器能够

理论上能够达到的干球效率

和我们需要的干球效率它们两个一致

就可以完成计算了

这样的话最后呢水的终温也就能求出来了

至于校核计算它的流程是这样的

校核计算的任务

是检查一定型号的表冷器

能不能够把某一初参数的空气

处理到我要求的终参数

或者说我算一下

它到底能够把这个初参数的空气

处理到什么程度

所以它已知的条件是要处理空气的初参数

风量 表冷器的结构

水量 水的初温

最后要求它的空气的终状态

这样我们在这个已知条件下

首先我们就会知道迎面风速 水流速

以及它的接触系数

因为我的表冷器都是知道的

但是我们不知道空气的终状态

所以我们没有办法求这个

干球效率对不对

也没有办法求析湿系数

所以在这一步

我们没有办法先虚拟一个空气的出口参数

假定t2然后再通过t2

去假定一个湿球温度和它的焓

有了这个假定的空气的终参数

我们就可以求干球效率和析湿系数

然后再去查这个实验公式K值

再由理论式倒过来

求这个干球效率这个Eg'

再对照一下这个理论上的这个Eg'

跟这个我们前面假定算出来的这个Eg'

是不是一样的

不一样的话

倒回去再重新调整这个空气的出口参数

一直把它调整到这个Eg和Eg'一致为止

那么这个时候空气的出口参数

就是真正的空气出口参数了

也就是我们最终要求的这个未知量