ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ НЕПОСРЕДСТВЕННОМ КОНТАКТЕ ВОЗДУХА С ВОДОЙ

В практике кондиционирования воздуха для целей охлаждения и осушения довольно широко распространены аппараты, работающие при непосредственном контакте воздуха с водой.

Для подобных аппаратов при отсутствии потерь тепла в окружающую среду должен существовать тепловой баланс между количеством тепла, отданным воздухом, и количеством тепла, воспринятым водой, т. е.

L(I₁-I₂)=W(t_кв-t_нв), (IV-1)

где L — количество воздуха, приходящее в контакт с охлаждающей водой, кг/ч; I₁,I₂ — начальное и конечное теплосодержание воздуха, ккал/кг сух. возд;

W — количество воды, приходящее в контакт с воздухом, кг/ч;

t_нв — начальная температура воды;

t_кв — конечная температура воды.

Выражение IV-1 можно представить в виде :

I₁-I₂=W/L(t_кв-t_нв). (IV-2)

Отношение W/L в технике кондиционирования воздуха называют коэффициентом орошения, представляющим собой количество разбрызгиваемой воды, приходящееся на 1 кгсухого воздуха. Если величину этого отношения обозначить через µ то выражение IV-2 , будет иметь вид:

I₁-I₂ = µ( t_кв-t_нв)

В § 2 настоящей главы указывалось, что теплообмен между воздухом и водой может происходить как при непосредственном кон­такте воздуха с водой, так и при соприкосновении воздуха с охлаждающей твердой поверхностью гладких или оребренных труб. Непосредственный контакт воздуха с водой является более общим случаем, так как теплообмен здесь почти всегда сопровождается влагообменом. Явление влагообмена во втором случае возможно лишь тогда, когда температура охлаждающей поверхности ниже температуры точки росы.

Отличительной особенностью явного теплообмена является то, что он происходит только под влиянием разности температур, тогда как скрытый теплообмен (происходящий в результате испарения или конденсации) обусловлен наличием разности парциальных давлений у поверхности жидкости и в окружающем воздухе.

В общем случае полное количество обмененного тепла между воздухом и водой можно выразить в следующей дифференциальной форме [Л. 22]:

dQ_o= dQ_я+dQ_с (IV-4)

где dQ_o — общее количество тепла; dQ_я — количество явного тепла ; dQ_с — количество скрытого тепла.

Теплообмен в кондиционерах (в общем случае) происходит тремя путями: конвекцией, излучением и испарением или конденсацией влаги.

Теплообмен излучением в кондиционерах, работающих при скорости воздуха 2—3 м/сек,незначителен (по данным, исследований Зворыкина), вследствие чего практически им можно пренебречь. Таким образом, под явным теплообменом, происходящим в кондиционерах, в дальнейшем будем подразумевать только тепло, переданное конвекцией.

Если рассматривать конвективный теплообмен, происходящий на бесконечно малом элементе поверхности dF, то количество тепла, переданного путем конвекции, будет определяться следующим выражением:

DQ_{я =} Lc_p d t = α_k(t - t_П)dF (IV-5)

где с_р— теплоемкость воздуха при постоянном давлении, ккал/кг • град;

α_k — коэффициент конвективного теплообмена, ккал/м² ч • град;

t — температура воздуха, град;

t_П — температура охлаждающей поверхности (капелек водыили твёрдой поверхности), град;