濕空氣在工程上應用很廣,其過程不外加熱或冷卻加濕去濕以及混合.這些過程普遍地都是穩(wěn)定流動,在分析時需要應用:

1.能量守恒方程;

2.質(zhì)量平衡方程;

3.濕空氣的特性參數(shù);

此外,研究這些過程和裝置的不可逆性時還要用:

4.熵方程.

現(xiàn)以烘干和冷卻塔為例,說明其應用及計算方法.

一、烘干

烘干裝置是利用未飽和濕空氣吹過被烘干的物料,吸收其中水分的設備.為提升濕空氣的吸濕能力,一般都先將濕空氣加熱.。

相對溫度為Φ1溫度為1的濕空氣定壓下透過加熱器時,外界加熱濕空氣,濕空氣溫度升高到2.但并未增加濕空氣的水蒸氣含量,也無蒸汽凝結析出,因而相對濕度下降為Φ2,所以提升了吸濕能力.可見在加熱器中的加熱過程是個升溫增焓的定比濕度(ω1=ω2)過程.在-ω圖上是一條向上的垂線,對每千克干空氣的加熱量=1-2/(干空氣)

當加熱后的濕空氣進入干燥器干燥物料時,主要由濕空氣放熱(減少濕空氣的焓)使?jié)裎锪现械乃制M入空氣,增加空氣中所含水蒸氣的焓.由此,干燥過程可近似看成空氣溫度逐漸降低而濕度逐漸增加的定焓過程,即2-3,顯然,每千克干空氣從濕物料中帶走的水分為Δω=ω3-ω2(水蒸氣)/(干空氣)

二、冷卻塔?

在缺水地區(qū),工業(yè)中的冷卻用水,常用空氣使之冷后再循環(huán)使用.冷卻方法之一是透過間壁(式或表面)式換熱器中的壁面將空氣和被冷卻的水分隔開,而使之進行熱量交換.這種換熱方法,被冷卻的水溫最低只能被冷卻至接近空氣溫度.若使空氣和被冷卻的水在冷卻塔中直接接觸(這種換熱器叫混合式換熱器),蒸發(fā)冷卻,則被冷卻的水溫在理論上可冷至空氣的濕球溫度(<空氣的溫度),所以冷卻塔比間壁式換熱器能將更多熱量傳給空氣.

因此,在給定的傳熱量下,冷卻塔的體績要比間壁式換熱器小.但冷卻塔的缺點是有水的蒸發(fā)損失,需要補充水.由凝汽器排出的熱水(溫度為13焓為13流率為13)在接近冷卻塔頂處送入塔內(nèi)向下噴淋,為提形成細滴有利于蒸發(fā).

大氣中的未飽和顯空氣在塔內(nèi)逆行而上與水滴接觸,水蒸發(fā)而被冷卻,溫度降至14焓為14.從塔底冷卻池流出的冷卻水流率為14,與補充水一起水幫浦送入凝汽器循環(huán)使用.單位時間內(nèi)流入與流出冷卻塔的濕空氣由【(干空氣)/】和ω【(水蒸氣)/】兩部分組成.其入口處的狀態(tài)1為11Φ1ω1,退場門處的狀態(tài)2為22Φ2ω2.濕空氣在冷卻塔中經(jīng)歷的過程是升溫增焓增濕過程.

水流及濕空氣流在冷卻塔中是穩(wěn)定流動.若與外界熱量的交換可略去不計,又無外功交換,且巨視動能與巨視位能也可忽略不計,則根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程可知Δ=0.即流體進入冷卻塔的焓等于流體離開冷卻塔的焓。

根據(jù)水的質(zhì)量平衡,則

3+ω1=4+ω2

或3-4=(ω2-ω1)式中求得計算出所需的濕空氣量和所需補充的冷水量.