冷干機(jī)工作過程中的熱工分析

傳熱過程分析（熱工分析）是任何熱工設(shè)備設(shè)計(jì)和制作的理論依據(jù)。冷干機(jī)熱工計(jì)算的目的是根據(jù)壓縮空氣狀態(tài)（主要是進(jìn)氣壓力和溫度），確定其降溫過程制冷系統(tǒng)所需要供給的制冷量Q、預(yù)冷器和蒸發(fā)器的負(fù)荷分配、計(jì)算冷干機(jī)排水量，同時(shí)也可借此預(yù)測排氣干球溫度t4。

就其實(shí)質(zhì)而論，冷干機(jī)是由兩個(gè)換熱器構(gòu)成的復(fù)合式換熱器，共有三種不同狀態(tài)的流體參與了換熱：

①預(yù)冷器里，熱流體是溫度較高的飽和壓縮空氣，冷流體是冷卻后相對干燥的壓縮空氣，兩者水當(dāng)量（定壓比熱與質(zhì)量的乘積）極為接近；

②蒸發(fā)器里熱流體是溫度已預(yù)先降低了的飽和壓縮空氣，冷流體是冷媒蒸汽。

蒸發(fā)器由獨(dú)立的制冷系統(tǒng)提供冷源，而預(yù)冷器的冷源則來自通過蒸發(fā)器冷卻了的壓縮空氣，因而不具備獨(dú)立性。所以說，在整個(gè)熱交換過程中預(yù)冷器的作用是回收制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的部分冷量，客觀上減少了整機(jī)的能量消耗。

為什么說壓縮空氣在冷干機(jī)預(yù)冷器里的降溫是收到限制的？

在冷干機(jī)中參與換熱過程的已知量有兩個(gè)：一定壓力下的進(jìn)氣溫度t1（與之對應(yīng)的是含水量d1）及目標(biāo)參數(shù)壓力露點(diǎn)td，如下圖──圖中用t3（d3）代替td。

冷干機(jī)工作過程中的熱工分析

冷干機(jī)熱工原理圖

冷干機(jī)預(yù)冷器從蒸發(fā)器回收的冷量Q’越多或進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣溫度t2越低，表示預(yù)冷器里冷氣流的熱交換越劇烈，冷干機(jī)排氣溫度t4也就越高；在t3不變的前提下蒸發(fā)器熱負(fù)荷就越小，需要由制冷壓縮機(jī)提供的冷量Q0也就越少，冷干機(jī)消耗的能量也就越少。

但由于被預(yù)冷器回收的冷量Q’只是壓縮機(jī)總制冷量Q0的一部分，Q0越少，Q’也要隨之減少；而且由于受到冰點(diǎn)極限的限制，壓縮機(jī)不可能提供更多的冷量來分流給預(yù)冷器，這就必然使t2上升，如此循環(huán)的結(jié)果就是使進(jìn)入預(yù)冷器的冷量收到限制，換句話說，即t2的降幅是有限制的。

在冷干機(jī)熱工計(jì)算中，進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣溫度t2（d2）是變動值，其高低選擇決定了制冷系統(tǒng)中蒸發(fā)器的負(fù)荷，相應(yīng)地決定了制冷壓縮機(jī)的功耗。

如何計(jì)算冷干機(jī)的熱負(fù)荷？

在冷干機(jī)中，換熱器（蒸發(fā)器和預(yù)冷器）負(fù)荷可通過計(jì)算熱流體進(jìn)出口焓差來求得：

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

式中Δt──作為熱流體的壓縮空氣進(jìn)出口溫度差，℃

Δt=t’-t”

t’──壓縮空氣進(jìn)入換熱器時(shí)的溫度

t”──壓縮空氣離開換熱器時(shí)的溫度

1.01──干空氣的平均定壓比熱，KJ/kg.℃

1.84──水蒸氣的平均定壓比熱，KJ/kg.℃

2501──水的汽化潛熱，KJ/kg

Δd ──換熱器中產(chǎn)生的凝結(jié)水量，kg

Δd=d’-d”

式中，d’、d”分別表示對應(yīng)溫度t’和t”時(shí)壓縮空氣中的飽和含水量，kg。

換熱器的熱負(fù)荷為

Q=qmΔh （W） ②

式中，qm──空氣的質(zhì)量流量，kg/s

公式①和②是計(jì)算壓縮空氣降溫過程熱負(fù)荷的基本公式，它由下述三部分組成：

1）1kg干空氣從t’降到t”放出的熱量1.01Δt；

2）（d’-d”）kg的水蒸氣從t’降到t”放出的熱量；

3）（d’-d”）kg的水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水放出的凝聚熱（在數(shù)值上等于汽化潛熱）。

其中1），2）兩項(xiàng)是隨溫度變化的熱量，稱為顯熱，第3）項(xiàng)由凝結(jié)水量的多少決定，它不參與系統(tǒng)的換熱，因此是潛熱。

在蒸發(fā)器里，冷媒蒸發(fā)過程放出的冷量（或吸收的熱量），一部分用于壓縮空氣的降溫，另一部分用于支付水蒸氣凝結(jié)所需的潛熱；

在預(yù)冷器里，低溫干燥空氣升溫過程吸收的熱量（或放出的冷量）一部分用于壓縮空氣進(jìn)氣的降溫，另一部分用來支付熱氣流中部分水蒸氣凝結(jié)所需的潛熱。

結(jié)合上圖，通過單位質(zhì)量流量（kg/s）壓縮空氣時(shí)，預(yù)冷器熱負(fù)荷可以寫成

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

式中，Δt1-2=t1-t2

通過單位質(zhì)量流量（kg/s）壓縮空氣時(shí)，蒸發(fā)器熱負(fù)荷可寫成如下表達(dá)式

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

式中，Δt2-3=t2-t3