第15章 水的冷却与水质稳定

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第15章 水的冷却与水质稳 定 湿空气的性质 水冷却的基本原理 冷却塔的工艺与设计 循环冷却水水质稳定

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15.1湿空气的性质15.1.1 湿空气的热力学参数 1.湿空气的压力 P=Pg+Pq P=RT×10-3 Pg=gRg×10-3 Pq= gRqT×10-3 Pg、Pq——干空气和水蒸汽在其本身分压下的密 度，Kg/m3。 Rg——干空气的气体常数，Rg=287.145J/ (Kg· )。 K Rq——水蒸气的气体常数，Rq=461.53J/Kg· K

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2. 饱和水蒸气分压力 当空气在一定温度下，吸湿能力达到最 大时，空气中的水蒸气处于饱和状态。水 蒸气的分压称为饱和水蒸汽压(Pq" )。 湿空气的饱和水蒸气分压只与温度有关， 与大气压力无关。 0<Pq<Pq" : 103 103 373.15 8.2 lg lg Pq 0.0141966 3.142305 ( 0.0024808 273.16 T) T 373.15 T

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3.绝对湿度 绝对湿度——每M3湿空气中所含水蒸汽 的质量称为空气的绝对温度。其数值等于 水蒸汽在分压Pq和湿空气温度T时的密 度。(ρq) q Pq R qT 10 3

Pq "

461.6T

103 (kg / m 3 )

饱和空气

q "

Pq " R qT

10 3

Pq " 461.53T

103 (kg / m 3 )

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4.相对湿度： Φ=ρq/ρq"= Pq/ Pq" Pq= ρPq" Pq=P- ρPq"P 0.000662 ( - ) P

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5.含湿量： 在含有一kg干空气的湿空气混合气体中，其所含水蒸汽的质量x (kg)称为湿空气含湿量， 也称为比湿，单位为kg/kg(干空气) q RgPq 287.14Pg Pq Pq 0.622 0.622 g RqPg 461.53Pg P Pq P - Pq 饱和含湿量 0.622

Pq P - Pq

( 1)

Pg Pq 0.622 0.622 可得： P Pg P Pq g 0.622 g 0.622

饱和空气

说明：

则每项公斤干空气可以 增加 " 的水蒸汽

" 增大， 吸湿能力增大 ， 空气越干燥 。

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6.湿空气的密度ρ3 Pq 103 (P q q ) 10 Pq 103 g q R gT RqT RgT RgT

Pg 103

Pq P 3.483 1.316 (kg / m 3 ) T T

湿空气的密度随大气压力的降低和温度的升高而减 小。 7.湿空气的比热(Csh) 使总质量为(1+x)kg的湿空气(包括1kg干空气 和xkg水蒸汽)温度升高1℃所需的热量，称为湿空气的比 热，用Csh表示。 Csh=Cg+Cq x Csh=1.00+1.84x Csh一般采用1.05KJ/(kg· ℃)

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8. 湿空气的焓(i) 湿空气的焓等于1Kg干空气和含湿量x公斤水蒸汽的含湿量之和。 i=ig+xig 以0℃的水的热量为零： 水蒸汽的焓以两部分组成： 1kg干空气的焓 ： i g c g 1.005 (KJ / Kg) a. 汽化热 r0 =2500kJ /kg b.1kg干空气由0℃升至θ℃所需的热量： i g c g 1.842 (KJ / Kg)i i g xi g 1

.005 (2500 1.842 ) x (1.005 1.842x ) 2500x C sb 0 x (KJ / Kg)

(1.005 1.842x) 2500x

显热： 与温度有关潜热： 与温度有关

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15.1.2 湿空气的焓湿图： 15.1.3 湿球温度()和水的冷却理论极限： 干湿球温度是空气的主要热力学参数，干球温度为一 般温度计测得的气温。 测定湿球温度时：1)纱布必须完全包住水银球 2)风速3—5m/s 以上。

水

湿球温度代表在当地气温条件下，水可能被冷却的最低 温度，也即冷却构筑物出水温度的理论极限值。

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15.2水冷却的基本原理15.2.1 水的冷却原理 水的冷却过程是通过蒸发传热和接触传热实现的，水温的变化则 是两者作用的结果。(1) Hα tf>θ Hβ (2) tf=θ Hβ Pq,θ , Pq",tf, t

H=Hα + Hβ (3) tf<θ Hβ (4)

H= Hβ tf=τ <θ Hβ

H=Hβ - Hα H=0

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15.2.2 接触传热量和蒸发传热量dH ( t f )dF dQ u p ( Pq Pq )dF"

dQ u x ( x " x )dF p: 以分压差为基准的传质 系数。 x: 以含湿量为基准为传质 系数。

Pq Pq: 分压差 Pg " Pg

(x - x): 含湿量差 P 0.622

P 0.622

X X 1 X 2 X 1 X 2 X1 — —进塔水温 t 1水面饱和气层含湿量

X — —出塔水温t 2 水面饱和气层含湿量 2

X1——进塔空气含湿量 X2——出塔空气含湿量

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dH 0 dQ u 0 p (Pq" Pq)dF 0 x ( x" x )dF dH dH dH ( t f )dF 0 x (x" x )dF

( :水的汽化热)

在冷却塔中，淋水填料邻接触表面积F的总传热量H为H dH ( t f )dF 0 x ( x" x )dF ( t f ) m F 0 x ( x" x ) m F0 0 0

H

F

F

( t f ) 塔内水面温度与空气 温度差的平均值。 ( x" x ) m 含湿量的平均值。 x" 与水温t f 相对应的饱和空气的含 湿量。 x 温度为 的空气含湿量。 F H ( t f ) m F ( t f ) V V pF F Q y p ( Pq" Pq) m F ( Pq" Pq) x ( x" x ) m F V V pF x F F 令 v , xv , pv V V V H v ( t f ) m V u xv ( Pq" Pq) m V xv ( x" x ) m V dH dH dH v ( t f ) m dV 0 xv ( x" x )dV

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15.3冷却塔的工艺与设计理论公式计算法目前国内外常用的有两种：1. 三变量分析法(t,θ,Pq) t — 水温 — 空气干球温度 Pq — 水蒸气分压

① 热水有接触散热传给空气的热量dHa将使空气干球温度θ升高。d (t ) dV ②空气通过dz段所增加的含湿量等于该段内水的蒸发量dQu,会 引起空气中水蒸气分压Pq的增大。 接触传热： dPq 蒸发量 b(Pq" Pq) dV

③ dz段中，水放出了热量必然引起水温t的下降。水气热量 平衡 dt A(t ) B(Pq" Pq) dV

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2.两变量分析法(t,i) Merkel焓差方程为基础，麦克尔于1925年引用“焓”的概念。 建立了麦克尔焓差方程： dH xv (i" i)dv 从而只需分析水温t与i,i代替θ,P 15.3.1 麦克尔焓差方程表示了热量交换和质量交换之间的速度关系。 C湿空气的焓 i C sb 0 x水面饱和层 (t f , x ") 空气 i" C sh t f 0 x"dH dH dH v ( t f )dV 0 xv ( x" x )dv xv v ( t f ) 0 ( x" x ) dv xv xv (C sh t f 0 x" )(C sh 0 x ) dv xv (i" i )dv ( kJ / h )

v C sh 1.05(KJ /( Kg.0 C)) x x v

刘易斯关系式

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