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冷干机工作过程中的热工分析

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2018-08-11 17:07【

传热过程分析(热工分析)是任何热工设备设计和制作的理论依据。冷干机热工计算的目的是根据压缩空气状态(主要是进气压力和温度),确定其降温过程制冷系统所需要供给的制冷量Q、预冷器和蒸发器的负荷分配、计算冷干机排水量,同时也可借此预测排气干球温度t4。


就其实质而论,冷干机是由两个换热器构成的复合式换热器,共有三种不同状态的流体参与了换热:


①预冷器里,热流体是温度较高的饱和压缩空气,冷流体是冷却后相对干燥的压缩空气,两者水当量(定压比热与质量的乘积)极为接近;


②蒸发器里热流体是温度已预先降低了的饱和压缩空气,冷流体是冷媒蒸汽。


蒸发器由独立的制冷系统提供冷源,而预冷器的冷源则来自通过蒸发器冷却了的压缩空气,因而不具备独立性。所以说,在整个热交换过程中预冷器的作用是回收制冷系统产生的部分冷量,客观上减少了整机的能量消耗。


为什么说压缩空气在冷干机预冷器里的降温是收到限制的?


在冷干机中参与换热过程的已知量有两个:一定压力下的进气温度t1(与之对应的是含水量d1)及目标参数压力露点td,如下图──图中用t3(d3)代替td。


冷干机工作过程中的热工分析


冷干机热工原理图


冷干机预冷器从蒸发器回收的冷量Q’越多或进入蒸发器的空气温度t2越低,表示预冷器里冷气流的热交换越剧烈,冷干机排气温度t4也就越高;在t3不变的前提下蒸发器热负荷就越小,需要由制冷压缩机提供的冷量Q0也就越少,冷干机消耗的能量也就越少。


但由于被预冷器回收的冷量Q’只是压缩机总制冷量Q0的一部分,Q0越少,Q’也要随之减少;而且由于受到冰点极限的限制,压缩机不可能提供更多的冷量来分流给预冷器,这就必然使t2上升,如此循环的结果就是使进入预冷器的冷量收到限制,换句话说,即t2的降幅是有限制的。


在冷干机热工计算中,进入蒸发器的空气温度t2(d2)是变动值,其高低选择决定了制冷系统中蒸发器的负荷,相应地决定了制冷压缩机的功耗。


如何计算冷干机的热负荷?


在冷干机中,换热器(蒸发器和预冷器)负荷可通过计算热流体进出口焓差来求得:


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


式中Δt──作为热流体的压缩空气进出口温度差,℃


Δt=t’-t”


t’──压缩空气进入换热器时的温度


t”──压缩空气离开换热器时的温度


1.01──干空气的平均定压比热,KJ/kg.℃


1.84──水蒸气的平均定压比热,KJ/kg.℃


2501──水的汽化潜热,KJ/kg


Δd ──换热器中产生的凝结水量,kg


Δd=d’-d”


式中,d’、d”分别表示对应温度t’和t”时压缩空气中的饱和含水量,kg。


换热器的热负荷为


Q=qmΔh (W) ②


式中,qm──空气的质量流量,kg/s


公式①和②是计算压缩空气降温过程热负荷的基本公式,它由下述三部分组成:


1)1kg干空气从t’降到t”放出的热量1.01Δt;


2)(d’-d”)kg的水蒸气从t’降到t”放出的热量;


3)(d’-d”)kg的水蒸气凝结成液态水放出的凝聚热(在数值上等于汽化潜热)。


其中1),2)两项是随温度变化的热量,称为显热,第3)项由凝结水量的多少决定,它不参与系统的换热,因此是潜热。


在蒸发器里,冷媒蒸发过程放出的冷量(或吸收的热量),一部分用于压缩空气的降温,另一部分用于支付水蒸气凝结所需的潜热;


在预冷器里,低温干燥空气升温过程吸收的热量(或放出的冷量)一部分用于压缩空气进气的降温,另一部分用来支付热气流中部分水蒸气凝结所需的潜热。


结合上图,通过单位质量流量(kg/s)压缩空气时,预冷器热负荷可以写成


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


式中,Δt1-2=t1-t2


通过单位质量流量(kg/s)压缩空气时,蒸发器热负荷可写成如下表达式


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


式中,Δt2-3=t2-t3


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