喷水室内空气与水的热湿交换过程

喷水室内空气与水的热湿交换过程（一）实验目的通过对喷水室中空气和水的热湿交换过程的测试，掌握有关测试仪器的选择和测试方法加深对空气和水直接接触时的传热传质过程的理解。（二）实验原理喷水室内空气与水属于直接接触式。根据水温不同，可能仅发生显热交换，也可能既有显热交换又有潜热交换，即同时伴有质交换（湿交换）。显热交换是空气与水之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果。潜热交换是空气中的水蒸汽凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。总热交换是显热交换和潜热交换的总和。如图2-3所示，当空气与敞开水面或飞溅水滴表面接触时由于水分子作不规则运动的结果，在贴近水表面处存在一个温度等于水表面温度的饱和空气边界层，而且边界层的水蒸汽分压力取决于水表面温度。空气与水之间的热湿交换和远离边界层的空气（主体空气）与边界层内饱和空气间温差及水蒸汽分压力差的大小有关。边界层图2-3空气与水的热湿交换如果边界层内空气温度高于主体空气温度，则由边界层向周围空气传热，反之，则由主体空气向边界层传热。如果边界层内水蒸汽分压力大于主体空气的水蒸汽分压力，则水蒸汽分子将由边界层向主体空气迁移，反之，则水蒸汽分子将由主体空气向边界层迁移。所谓“蒸发”与“凝结”现象就是这种水蒸汽分子迁移的结果。在蒸发过程中，边界层中减少了的水蒸汽分子又由水面跃出的水分子补充，在凝结过程中，边界层中过多的水蒸汽分子将回到水面。如上所述，温差是热交换的推动力，而水蒸汽分压力差则是湿（质）交换的推动力。当空气与水在一微元面积dF（m2）上接触时，空气温度变化为dt,含湿量变化为d（d）,显热交换量将是：2-1)dQx=GCdt=a(t-1)dFwp1b式中：dG与水接触的空气量，kg／s；a——空气与水表面间显热交换系数，W/（m2.€）；t、tb――主体空气和边界层空气温度，。C；C空气的定压比热，kJ/(kg.°C)。p1湿交换量将是：dW=dGd(d)=p(P-P)dFW(2-2)qqb式中：0——空气与水表面间按水蒸气分压力差计算的湿交换系数，kg/(N.s)；P、P——主体空气和边界层空气的水蒸气分压力，Pa。qqb由于水蒸气分压力差在比较小的温度范围内可以用具有不同湿交换系数的含湿量差代替，所以湿交换量也可写成dW二b(d—dJdF(kg/s)(2-3)b式中：b——空气与水表面间按含湿量差计算的湿交换系数，kg/(m2.s)；d、d——主体空气和边界层空气的含湿量，kg/(N.s)。b潜热交换量将是：dQ=rdW=rb(d—d)dFW(2-4)qb式中：r——温度为t时水的汽化潜热，J/kg。b因为总热交换量dQ=dQ+dQ，于是，可以写出ZXqdQ(t—t)+rb(d—d)]dFW(2-5)zbb通常把总热交换量与显热交换量之比称为换热扩大系数g，即P(2-6)_dQXx由于空气与水之间的热湿交换，所以空气与水的状态都将发生变化。从水侧看，若温度变化为dt。则总热交换量也可写成wdQ=WCdt(2-7)zp2w式中：W——与空气接触的水量，kg/s；C——水的定压比热，kJ/(kg.C)。p2在稳定工况下，空气与水之间热交换量总是平衡的，即dQ+dQ=WCdt(2-8)Xqp2w所谓稳定工况是指在换热过程中，换热设备内任何一点的热力学状态参数都不随时间变化的工况。严格地说，空调设备中的换热过程都不是稳定工况。然而考虑到影响空调设备热质交换的许多因素变化（如室外空气参数的变化，工质的变化等）比空调设备本身过程进行得更为缓慢，所以在解决问题时可以将空调设备中的热湿交换过程看成稳定工况。（三）实验装置空气与水的热湿交换实验装置如图2-4所示。图2-4空气处理过程流程图此实验是在夏季工况下，空气的热湿处理过程为：新风与一次回风混合，经初效过滤器进入喷水室，喷水室前后设置挡水板，在喷水室内完成空气与水直接接触式的传热传质过程，然后经风机、中效过滤器送向空调房间。在喷水室的前后断面上装有空气干球温度及相对湿度传感器，用来测定经喷水室处理前后的空气状态参数，在新风、回风和送风管道上装有空气的温、湿度和风速传感器，用以测量空气的状态参数和风量。在冷冻水系统中的供回水管路上装有涡轮流量计、温度计和压力计。（四）实验方法和步骤1，对各部分的测试仪器进行详细的检查和记录，包括安装状况是否正常，测点位置是否合理，及仪器名称、型号、精度、量程。2，测量喷水室的断面尺寸、喷嘴的个数、型号及布置方式。3，对空调制冷设备的机组和电源部分进行检查，按程序上电，开机，系统运行稳定。4，按照分工对系统运行后的各测点进行观测，观察整个系统运行是否稳定。一般空气的干球温度波动值小于土l°c,进回水温度波动值小于土0.5°C,连续保持半小时以后即可算作工作稳定，这时将各测点的数据每10分重读一次，连续三次，并将数据详细记录在表2-3中。（1）在空调设备正常稳定的工作情况下,测试出喷水室前断面风速进而求出进入喷水室的空气量。（2）测得进入、流出喷水室的空气的温度及湿度及空气量、风速、空气流量。（3）测得喷水室供回水温度和喷水量及水压。（五）实验数据处理画出喷水室测试系统示意图,标出各测点位置,并注明各测点所用仪器名称和精度。根据喷水量和喷嘴孔径,查出其喷水前压力,判断该处理方式是细喷、中喷还是粗喷中的哪一种形式。根据喷水量和空气量算出三次采样数据，分别计算出喷水室的喷水系数卩（kg水/kg空气），计算出每kg干空气在经过喷水室后，热容量和含湿量的变化，进而求出变化的角系数值£，判明是什么样的处理过程，根据记录数据在i-d图上，标出新风、回风、喷水室前后及送风空气状态点，并画出空气处理过程线。4，计算该喷水室的热效率系数和喷水室的接触系数。5，比较实测送风状态值与计算送风状态值的差别并分析原因（简述影响喷水室热交换效果的主要因素）。6，将所测数据按整理好附于实验中。表2-3热湿交换实验数据记录表项目风路系统测试水路系统测试名称新风回风送风喷水室前喷水室后供水温度回水温度水压喷水量参数t090v0tr9rvr1ts9svst19t292twstwrpwmw(°C)(%)(m/s)(C)(%)(m/s)(C)(%)(m/s)(C)1(%)(C)(%)(C)(C)(kPa)(kg/h)记录123平均值