ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ УРАВНЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ВОЗДУХА ПРИ НЕПОСРЕДСТВЕННОМ КОНТАКТЕ ЕГО С ВОДОЙ

Практические расчеты кондиционирования воздуха обычно связаны с необходимостью построения на I—d-диаграмме процессов изменения состояния воздуха при контакте его с водой или твердой охлаждающей поверхностью.

Для того чтобы установить характер линии, изображающей про­цесс в координатах I—d, разделим выражение IV-13 на IV-7. В результате получим дифференциальное уравнение изменения состояния воздуха:

DI/d_*(d/1000)=((I-I_П)/((d-d_П)/1000)) (IV-14)

Если бы в процессе тепло- и влагообмена параметры I_П и d_П оставались постоянными, то это выражение стало бы уравнением прямой, проходящей через точки с параметрами I , dи I_П, d_П. В реальных условиях температура охлаждающей поверхности не является постоянной, а изменяется вследствие нагревания воды за счет происходящего теплообмена.

Единственным случаем сохранения постоянной температуры поверхности тепло- и влагообмена является адиабатический процесс, при котором температура воды (см. выражение 1-69) равна температуре мокрого термометра.

Так как в условиях политропических процессов I_П и d_П не являются постоянными (t_П в процессе теплообмена непрерывно изменяется), то выражение IV-14 будет являться уравнением кривой, причем кривизна этой линии зависит от изменения величины t_Пи взаимного направления воздуха и воды. Однако в реальных камерах орошения при непосредственном контакте между воздухом и водой не представляется возможным установить взаимное направление воздуха и охлаждающей воды, так как в них в чистом виде ни параллельного тока, ни противотока практически не существует.

Наблюдениями установлено, что в теплообменных аппаратах с непосредственным контактом между воздухом и водой температура воды за счет происходящего теплообмена повышается обычно не больше чем на 4—5°. В этой связи с достаточным для практических расчетов приближением кривизной линии процесса можно пренебречь и считать, что процесс совершается по закону прямой 1—2(рис. 47), проходящей через точку 1, соответствующую начальному состоянию воздуха, и точку 2 на пограничной кривой в месте пересечения ее с изотермой, соответствующей температуре воды t_В.

Значение t_В в соответствии с исследованиями, проведенными А. А. Гоголиным в 1940 г., в среднем определялось точкой, лежавшей на кривой φ=100% и имевшей температуру, равную температуре воды после контакта её с воздухом (т.е. конечную температуру воды t_В).

Рис. 47. Процессы охлаждения и осушения воздуха

Учитывая, что луч процесса имеет направление на точку, характеризующую конечную температуру воды, можно сделать вывод о том, что в дождевом пространстве форсуночного кондиционера преобладает параллельный ток и воздух в конце камеры соприкасается с уже нагревшимися капельками воды, движущимися вместе с воздухом к выходному сепаратору. При этом можно было бы счи­тать, что три теоретическом процессе охлаждения и осушения воздуха его конечная температура приближается к конечной температуре воды. Однако в реальных условиях процесса тепло- и влагообмена конечные параметры воздуха обладают более высокой темпе­ратурой, чем t_В, и относительной влажностью, меньшей 100%.Точка 3, определяющая это конечное состояние, лежит несколько правее линии 1-2, причем значения относительной влажности конечного состояния воздуха, как показали исследования, колеблются в пределах примерно φ = 90—97% в зависимости от степени эффективности процесса тепло- и влагообмена, происходящего в камере. В практических расчетах кондиционирования эту точку с учетом указанных пределов относительной влажности находят путем построения процесса кондиционирования воздуха на I—d-диаграмме (см. гл. V).

Вследствие того что пока не разработана строгая теория расчета форсуночных кондиционеров, современные способы расчета этих аппаратов основываются на опытных данных, применимых только для испытанных типов кондиционеров. Ряд попыток обобщить эти опытные данные с помощью аппарата теории подобия пока не дал достаточно надежных результатов.

Зарубежные исследователи считают, что минимальное теплосодержание воздуха, достигаемое в форсуночных кондиционерах, не может быть ниже теплосодержания насыщенной воздушно-паровой смеси при конечной температуре охлаждающей воды.

Допустим, что начальные параметры обрабатываемого воздуха определяются точкой 1(рис. 47), а конечные параметры — точкой 3, положение которой найдено на основании сделанного построения процесса кондиционирования воздуха на I—d -диаграмме с учетом предельных значений относительной влажности. В этом случае процесс изменения состояния воздуха будет направлен от точки 1к точке 3. Следовательно, для условий теоретического процесса конечная температура воды должна быть равна температуре точки 3 по мокрому термометру t_мз . Но как показали исследования, конечная температура воды обычно бывает ниже значения t_мз .

В этой связи было введено понятие о коэффициенте эффективности процесса тепло- и влагообмена, происходящего в форсуночной камере, выражаемого формулой

E_o=1-((t_мз-t_вк)/(t_м1-t_вн)) . (IV-15)