平面水膜淋水器蒸发冷却过程的理论研究

    随着西部大开发,舒适性空调需求量越来越多.由于广大的西北地区气候属于干旱和半干旱气候,很适合用直接蒸发冷却设备.用直接蒸发冷却设备可以不用制冷设备,节省能耗,有利于保护环境,减少制冷设备的投资和运行费,还可以净化空气.目前,在国内,用于空调系统的直接蒸发冷却设备尚处于开发研究阶段,高效实用设备少.所以开发直接蒸发冷却设备是当务之急.我国西北大部分地区利用水膜来处理空气能达到冷却的目的.本文就从理论上说明用平面水膜淋水器来处理空气所能达到的送风参数,为实验设备尺寸的设计提供理论依据.

    1 数学模型的建立和求解

    空气在平面水膜淋水器的水膜间流过时,发生的热质交换过程为绝热等焓过程.

    如图1所示,空气沿方向y从外界进入水膜室,水沿x方向落下形成水膜,空气进口干球温度t1,湿球温度ts,空气状态参数沿y方向变化,为了简化计算,作了如下假设:

    (1)水膜厚度均匀,整个水膜的温度恒定dtw=0,水温tw等于进口空气的湿球温度ts;水膜边界层空气达到饱和状态,取水膜温度tw来计算水蒸汽饱和压力ps;

    (2)设备保温性和密封性好,除进出口外,没有进漏风处,空气流速u恒定;

    (3)由于水的液体热相对于水的汽化潜热很小,可忽略不计.

    1.1 质量守恒

    水的蒸发量=湿空气含湿量的增加量

    其中,KQ为按水蒸汽密度差计算的传质系数(m/s);g代表干空气的属性,q代表空气中水蒸汽的属性,s代表饱和空气中水蒸汽的属性.

    在空调温度范围内,代入上式,整理得:

    其中,pq为空气中水蒸汽的分压力(Pa);Rq为水蒸汽的气体常数(kJ/kg#K);pg为空气中干空气的分压力(Pa);Rg为干空气的气体常数(kJ/kg•K);pqc为进口空气的水蒸汽分压力(Pa);v为空气的体积流量(m3/s);t为空气的温度(℃);T为空气的热力学温度(K);Tw为水的热力学温度(K).

    边界条件 y =0  t = t0  pq= pq´

    两边积分得:

    1.2 能量守恒

dQx+dQq= WCwdtw

    其中, dQx为空气的显热交换量(kJ/s); dQq为空气的潜热交换量(kJ/s);W为与空气接触的水量(kg/s);cw为水的比热(kJ/kg•℃); dtw为水温变化(℃).

    因为整个水膜水温恒定: dtw=0

    即 -dQq=dQx

    其中,r为水的汽化潜热(kJ/kg);B为按水蒸汽压力差计算的湿交换系数(kg/m2•s•Pa);B0,B分别为标准大气压与当地实际大气压(Pa);A为空气与水膜表面的换热系数(W/m2•℃).

    整理得: 

    令可采用经验式[3]计算