热交换器原理与设计第4章混合式热交换器

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1、4混合式热交换器混合式热交换器是冷、热流体直接接触进行传热。这种传热方式避免了传热间壁及其两侧污垢的热阻。只要流体间接触情况良好，就有较大的传热速率。按用途分：1.冷水塔（或称冷却塔）2.气体洗涤塔（或称洗涤塔）3.喷射式热交换器4.混合式冷凝器4.1冷却塔自然通风冷却塔4.1.1冷水塔的类型和构造冷却塔通过热水在塔内喷淋，与周围空气进行热交换(包括显热交换和水蒸发潜热交换)，使水温度降低。图4.1各种湿式冷水塔示意图1配水系统；2淋水装置；3百叶窗；4集水池；5空气分配区；6风机；7风筒；8收水器湿式冷却塔结构示意图

2、干式冷却塔结构示意图冷水塔，一般包括如下几个主要部分：1.淋水装置：又称填料，作用在于将进塔的热水尽可能形成细小的水滴或水膜，以增加水和空气的接触面积，延长接触时间，增进水气之间的热质交换。根据水呈现的形状分为点滴式、薄膜式及点滴薄膜式三种。2.配水系统：将热水均匀地分配到整个淋水面上，使淋水装置发挥最大的冷却能力。常用的有槽式、管式和池式三种。3.通风筒：冷水塔的外壳，气流的通道。作用在于创造良好的空气动力条件，将湿热空气排出，减少或避免湿热空气回流。自然通风冷水塔一般很高，有的达150m以上；机械通风冷水塔一般在1

3、0m左右。1.吸声措施：吸声材料及吸声栅。2.减速装置。3.电机。4.风机。5.旋转布水器：铝合金或玻璃钢布水管，装有收水板，克服飘水现象。6.填料：改性PVC余波片，阻力小，阻燃。7.吸声设施：吸声材料及吸声栅。8.支架。9.下塔体：可配溢水，排污，自动给水管。10.进风窗。11.上塔体。4.1.2冷水塔的工作原理☆水蒸发产生的传热量：Qβ=γβp(p″–p)Fγ—汽化潜热，kJ/kg；βp—以分压差表示的传质系数，kg/(m2·s·Pa)☆水和空气温度不等导致接触传热：Qα=α(t–θ)Fα—接触传热的换热系数，k

4、W/(m2·℃)☆当水温高于气温时，Qβ和Qα都是由水向空气传热，水放出总热量为：Q=Qβ+Qα→水温下降☆当水温下降到等于空气温度时，Qα=0这时Q=Qβ→蒸发散热Qβ仍在进行当水温下降到低于气温时，Qα为空气流向水，水放出热量为：Q=Qβ–Qα☆当水温下降到某一程度，空气传向水的Qα等于水传向空气的Qβ，这时：Q=Qβ–Qα=0★此时水温为水的冷却极限，此冷却极限与空气湿球温度(τ)近似相等。水出口温度越接近τ，所需冷却设备越庞大，故生产中要求冷却后的水温比τ高3~5℃。☆水温冷却到极限τ时，Qα和Qβ之间的平衡可

5、表示为：α(θ–τ)F=γβp(pτ″–p)Fp″τ—温度为τ时的饱和水蒸气压力，Pa；☆为推导和计算方便，分压力差可用含湿量差代替，βp应以含湿量差表示的传质系数βx代替，故Qβ可写成：Qβ=γβx(x″–x)F☆Qα和Qβ间的平衡：α(θ–τ)F=γβx(xτ″–x)Fβx—以含湿量差表示的传质系数，kg/(m2·s)；xτ″—与τ相应的饱和空气含湿量，kg/kg；x—空气的含湿量，kg/kg。☆水在塔内的接触面积F：薄膜式中取决于填料的表面积；点滴式中取决于流体的自由表面积；具体确定此值十分困难。对某特定淋水装置

6、，一定量的淋水装置体积相应具有一定量的面积，称为淋水装置的比表面积，以α(m2/m3)表示。实际计算改用淋水装置体积以及与体积相应的传质系数βxv和换热系数αv，于是：βxv=βxa，kg/(m3·s)；αv=α·a，kW/(m3·℃)☆总传热量为：Q=αv(t–θ)V+γβxv(x″–x)V1）迈克尔焓差方程取逆流塔中某一微段dZ，设该微段内的水气分布均匀。☆进入微段的总水量为L，其水温为t+dt，经热质交换，出水温度为t，蒸发掉的水量为dL。☆进入微段的空气量为G，气温为θ，含湿量为x，焓为i。与水进行热交换后温度

7、、含湿量及焓分别为θ+dθ、x+dx、i+di。☆接触传热与蒸发散热量之和：图4.9逆流式冷水塔中的冷却过程dQ=α(t–θ)αAdZ+γβx(x″–x)αAdZ4.1.3冷水塔的热力计算或：dQ=[α/βxt+rx″)–(α/βxθ+rx)]βxaAdZ式中：a—填料的比表面积，m2/m3；A—塔的横截面积，m2；Z—塔内填料高度，m；x″、x—水温t下的饱和空气含湿量及与水接触的空气含湿量，kg/kg。代入：路易斯(Lewis)关系：α/βx=cx(cx为湿空气比热)含湿量x的湿空气焓ix=cxθ+rx，水面饱和空

8、气层(温度等于水温t)的焓i″=cxt+rx″，得：dQ=βx(i″–i)aAdZ(4.6)此即迈克尔焓差方程，表明塔内任何部位水、气间交换的总热量与该点水温下饱和空气焓i″与该处空气焓i之差成正比。该方程可视为能量扩散方程，焓差正是这种扩散的推动力。2)水气热平衡方程在没有热损失情况下，水所放出的热量等于空气增加的热量。微段dZ