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冷干機工作過程中的熱工分析

文章出處:責任編輯:人氣:-發表時間:2018-08-11 17:07【

傳熱過程分析(熱工分析)是任何熱工設備設計和制作的理論依據。冷干機熱工計算的目的是根據壓縮空氣狀態(主要是進氣壓力和溫度),確定其降溫過程制冷系統所需要供給的制冷量Q、預冷器和蒸發器的負荷分配、計算冷干機排水量,同時也可借此預測排氣干球溫度t4。


就其實質而論,冷干機是由兩個換熱器構成的復合式換熱器,共有三種不同狀態的流體參與了換熱:


①預冷器里,熱流體是溫度較高的飽和壓縮空氣,冷流體是冷卻后相對干燥的壓縮空氣,兩者水當量(定壓比熱與質量的乘積)極為接近;


②蒸發器里熱流體是溫度已預先降低了的飽和壓縮空氣,冷流體是冷媒蒸汽。


蒸發器由獨立的制冷系統提供冷源,而預冷器的冷源則來自通過蒸發器冷卻了的壓縮空氣,因而不具備獨立性。所以說,在整個熱交換過程中預冷器的作用是回收制冷系統產生的部分冷量,客觀上減少了整機的能量消耗。


為什么說壓縮空氣在冷干機預冷器里的降溫是收到限制的?


在冷干機中參與換熱過程的已知量有兩個:一定壓力下的進氣溫度t1(與之對應的是含水量d1)及目標參數壓力露點td,如下圖──圖中用t3(d3)代替td。


冷干機工作過程中的熱工分析


冷干機熱工原理圖


冷干機預冷器從蒸發器回收的冷量Q’越多或進入蒸發器的空氣溫度t2越低,表示預冷器里冷氣流的熱交換越劇烈,冷干機排氣溫度t4也就越高;在t3不變的前提下蒸發器熱負荷就越小,需要由制冷壓縮機提供的冷量Q0也就越少,冷干機消耗的能量也就越少。


但由于被預冷器回收的冷量Q’只是壓縮機總制冷量Q0的一部分,Q0越少,Q’也要隨之減少;而且由于受到冰點極限的限制,壓縮機不可能提供更多的冷量來分流給預冷器,這就必然使t2上升,如此循環的結果就是使進入預冷器的冷量收到限制,換句話說,即t2的降幅是有限制的。


在冷干機熱工計算中,進入蒸發器的空氣溫度t2(d2)是變動值,其高低選擇決定了制冷系統中蒸發器的負荷,相應地決定了制冷壓縮機的功耗。


如何計算冷干機的熱負荷?


在冷干機中,換熱器(蒸發器和預冷器)負荷可通過計算熱流體進出口焓差來求得:


Δh=1.01Δt+(2501+1.84Δt)Δd (KJ/kg干空氣) ①


式中Δt──作為熱流體的壓縮空氣進出口溫度差,℃


Δt=t’-t”


t’──壓縮空氣進入換熱器時的溫度


t”──壓縮空氣離開換熱器時的溫度


1.01──干空氣的平均定壓比熱,KJ/kg.℃


1.84──水蒸氣的平均定壓比熱,KJ/kg.℃


2501──水的汽化潛熱,KJ/kg


Δd ──換熱器中產生的凝結水量,kg


Δd=d’-d”


式中,d’、d”分別表示對應溫度t’和t”時壓縮空氣中的飽和含水量,kg。


換熱器的熱負荷為


Q=qmΔh (W) ②


式中,qm──空氣的質量流量,kg/s


公式①和②是計算壓縮空氣降溫過程熱負荷的基本公式,它由下述三部分組成:


1)1kg干空氣從t’降到t”放出的熱量1.01Δt;


2)(d’-d”)kg的水蒸氣從t’降到t”放出的熱量;


3)(d’-d”)kg的水蒸氣凝結成液態水放出的凝聚熱(在數值上等于汽化潛熱)。


其中1),2)兩項是隨溫度變化的熱量,稱為顯熱,第3)項由凝結水量的多少決定,它不參與系統的換熱,因此是潛熱。


在蒸發器里,冷媒蒸發過程放出的冷量(或吸收的熱量),一部分用于壓縮空氣的降溫,另一部分用于支付水蒸氣凝結所需的潛熱;


在預冷器里,低溫干燥空氣升溫過程吸收的熱量(或放出的冷量)一部分用于壓縮空氣進氣的降溫,另一部分用來支付熱氣流中部分水蒸氣凝結所需的潛熱。


結合上圖,通過單位質量流量(kg/s)壓縮空氣時,預冷器熱負荷可以寫成


Q’=[1.01Δt1-2+(2501+1.84Δt1-2)*(d1-d2)] (W)


式中,Δt1-2=t1-t2


通過單位質量流量(kg/s)壓縮空氣時,蒸發器熱負荷可寫成如下表達式


Q0=[1.01Δt2-3+(2501+1.84Δt2-3)*(d2-d3)] (W)


式中,Δt2-3=t2-t3


此文關鍵字:冷干機
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