湿空气部分冷凝 如何计算？

遇到问题 湿空气 进气温度 82度 湿度40%，31kg/s; 冷空气 进气25度  流量 27kg/s; 空气会有部分冷凝 换热系数如何确定？ 请指教

湿空气部分冷凝的计算通常涉及以下步骤和考虑因素：

1. **确定湿空气的初始状态**：湿空气的进气温度为82°C，相对湿度为40%，流量为31kg/s。首先，需要确认空气的干球温度和湿球温度。根据湿度和干球温度，可以使用湿空气状态图或相关软件来确定比焓和比熵等性质。

2. **确定冷空气的条件**：冷空气的进气温度为25°C，流量为27kg/s。对于这部分空气也需要计算其热力学性质。

3. **热交换过程**：通常，湿空气通过一个换热器与冷空气进行热交换。在该过程中，湿空气的一部分水汽可能会冷凝，降低湿空气的温度和湿度。

4. **换热系数的确定**：换热系数的确定依赖于换热器的类型（如板式、管壳式等）、流体的物理性质（如导热系数、黏度、比热容等）、流体流动的状态（层流或湍流）以及流体的配置（并流、逆流或横流）。通常，换热系数可以通过实验数据获得，或者使用经验公式进行估算。例如，Nu = 0.023Re^0.8Pr^0.33（其中Nu是努塞尔数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数）。

5. **进行能量平衡**：应用能量守恒定律，计算在热交换过程中湿空气与冷空气之间的能量转移。这通常通过设置热量输入等于热量输出来完成。

6. **冷凝水的计算**：根据冷却后湿空气的状态（特别是温度降到露点以下时），计算冷凝发生的水量。这可以通过查找最终状态和初始状态之间的湿度差来进行。

7. **迭代调整和优化**：可能需要多次迭代调整换热器的设计参数（如面积、流速等），以满足特定的冷凝或温度要求。

请注意，以上步骤可能需要具体的工程软件或详细的手册计算，以获取准确的数据和结果。不同的换热器设计和操作条件会显著影响换热效率和冷凝效果。
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湿空气进气露点为60.6度，冷空气25度，已经在露点之下；肯定会发生部分冷凝，问题是这个发生冷凝部分空气比例如何确定？有没有相关公式或者软件可以计算的？
谢谢了。

John-zhao 发表于 2024-06-20 10:09
湿空气进气露点为60.6度，冷空气25度，已经在露点之下 ...

对于湿空气中水分冷凝的计算，可以参考下述方法：

1. **露点温度法**：当湿空气冷却至其露点温度时，空气中的水蒸气开始凝结成液态水。已知湿空气的进气露点是60.6°C，而冷空气温度为25°C，低于露点温度，因此会有部分水蒸气冷凝。

2. **使用干湿球温度及相图**：首先确定湿空气的干球温度（82°C）和相对湿度（40%），在湿空气焓湿图（或称为莫利尔图）上找到对应点。然后沿着恒压线降低温度至25°C，从图中读取这一状态点的相对湿度。如果相对湿度超过100%，则超出的部分即为冷凝水。

3. **冷凝水量的计算**:
   - 初始水汽含量：\( x_1 = 0.622 \frac{P_{w1}}{P-P_{w1}} \)
   - 最终状态（25°C）的饱和水汽压：\( P_{w2} \)
   - 最终水汽含量：\( x_2 = 0.622 \frac{P_{w2}}{P-P_{w2}} \)
   - 冷凝水量每公斤干空气：\( x_1 - x_2 \)

其中，\( P_w \)是水汽分压，P是总压力（通常为大气压），0.622是比例常数。

4. **软件和工具**：可以使用如“Psychrometric Chart + Duct Calculator”或ASHRAE的心理图软件来绘制和计算湿空气的状态和冷凝水量。

通过以上的方法，您可以更精确地计算出在给定条件下从湿空气中冷凝出多少水分，并对换热设备的设计和操作产生指导作用。
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John-zhao 发表于 2024-06-21 10:38
感谢指导。
我的理解是这种计算方法的前提是全部进入 ...

如果只有部分湿空气发生冷凝，计算会更加复杂，因为需要确定未发生冷凝的空气和达到冷凝点的空气的精确比例。这种情况下，通常涉及到换热器内部的局部温度梯度和不同流道之间的热交换效率影响。

对于这类问题，使用实验或高精度的数值模拟（如使用计算流体动力学CFD软件）可能是更可靠的方法来确定具体的冷凝部分比例。通过实验可以直接测量在特定流量、压力和温度条件下产生的冷凝水量，从而反推冷凝空气的比例。

然而，如果希望通过理论计算来估算，可以考虑以下步骤：

1. **估算总体平均温度**：首先确定整个系统中的平均温度。这可以通过计算入口和出口温度的加权平均得到。
   
2. **简化假设**：可以假设达到冷凝点的空气为总体的一定比例，例如，假设50%的空气达到了露点温度并开始冷凝。

3. **迭代调整**：可以通过调整这个比例，来计算不同比例下的冷凝水量，直到计算结果与预期或实验测得的冷凝水量相匹配。

4. **利用软件辅助**：某些高级的热力学或流体动力学软件（如ANSYS Fluent，COMSOL Multiphysics等）可以设置不同的热交换和冷凝模型，通过数值模拟更精确地预测不同地区的温度变化和冷凝情况。

如果没有实验或高级数值模拟软件的支持，通常需要基于经验和现场的具体操作条件来估算这种部分冷凝的比例。在工程实践中，也常常通过调整操作参数（如流速、温差等），在达到最优热交换效果的同时，尽量避免或控制冷凝现象的发生。
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