获取板翅式后冷器出口状态参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空压机及换热器技术领域，尤其涉及一种获取板翅式后冷器出口状态 参数的方法。
【背景技术】
[0002] 后冷器是将空压机出口的高温湿空气冷却至40°C以下，将大量水蒸气冷凝成液态 水滴，以便将它们清除掉的装置。因为板翅式换热器具有换热性能好、结构紧凑等优点，所 以目前后冷器多采用板翅式换热器。
[0003] 板翅式换热器通常用于双侧单相流体换热，如气-气换热、气-液换热或液-液换 热，传热过程中没有相变发生。当对高温湿空气进行冷却时，因为有水蒸汽释放热量析出水 分的潜热换热过程，所以高温湿空气的冷却相对较困难。计算板翅式换热器的热湿交换过 程，预估后冷器的散热、析水性能，对后冷器的优化设计、性能提高，有非常重要的作用，对 工程实际而言有重要的意义。
[0004] 目前涉及热湿交换的板翅式换热器多用于空调系统的新风-排风热交换。这种板 翅式换热器涉及到湿空气的显热和潜热换热，所以又称全热换热器，其中的热湿交换过程 已有大量的研宄成果（杨光，汤广发，严继光等.全热换热器的应用与研宄进展，煤气与热 力，12(26)，2006 :55-57)。
[0005] 但是，全热换热器的芯体材料采用易于吸湿又易于解吸的特殊材质，通常为特殊 加工的纸或膜。这种特殊材料具有良好的传热和透湿性，而不透气，隔板两侧气流在热交换 过程中，会存在水蒸汽的相互渗透。也就是说，空调系统中的全热换热器不会发生析水现 象，湿空气析出的水分会直接被芯体吸收。
[0006] 无吸湿作用的换热器，当参与换热的气体中含有一定数量各种形态的液体时，换 热表面会形成润湿层。影响湿表面传热的因素要比干表面复杂得多，一般都要借助于计算 机解出微分方程组，计算繁琐复杂，这就给工程应用带来很多麻烦和困难。有研宄资料提出 一种湿表面换热器的简化计算方法（刘永琦，湿表面换热器的简化计算方法，华北电力技 术，1994,6 :21-24)，能够得到湿空气在换热器出口的温度及其他参量。该方法详细描述如 下：
[0007] 假设整个换热面上气体与壁面保持一层很薄的均匀液膜，热量的传递途径是：空 气〈-> 液膜〈-> 隔板〈-> 另一侧流体；假设流道的几何形状是均匀的，在同一温度下液膜厚 度保持恒定；假设干空气的比热Ca、对流换热系数a a，水蒸汽的潜热rv，和另一侧流体的对 流换热系数a f在整个传热面上是均匀的，且保持常数；假设饱和湿空气的含湿量d是润湿 壁面温度Tw的线性函数，其表达式为：
[0008] d = ξ + η · Tw (I)
[0009] 式中ξ和η为根据湿空气的饱和曲线拟合出来的常数。
[0010] 实际上，饱和湿空气的含湿量与温度呈非线性关系，但壁温T/变化范围不大时，可 近似认为式（1)成立，这样可以大大简化计算过程。
[0011] 通过对热平衡方程和湿度平衡方程的一系列推导简化，最终可得到湿表面换热器 的换热方程：
[0012] ChGa(Thin-Thout) = QhAa(Tw-Th)⑵
[0013] QhAa(Tw-Th) = QfAf(Tf-Tw) (3)
[0014] Tf= (Tfout+Tfin)/2 ⑷
[0015] Th= (Thout+Thin)/2 (5)
[0016] 式中，Ch为湿态比热，G a为干空气质量流量，T hin为湿空气进口温度，T h()UtS湿空气 出口温度，Th为湿空气平均温度，a h为湿态换热系数，AaS湿空气侧换热面积，T ￥为湿壁温 度，af为另一侧流体的对流换热系数，AfS另一侧的换热面积，T fS另一侧流体的平均温 度，Tfin为另一侧流体的入□温度，T f()Ut为另一侧流体的出□温度。
[0017] 湿态比热和湿态换热系数的计算如下所示：
【主权项】
1. 一种获取板翅式后冷器出口状态参数的方法，其特征在于，板翅式后冷器连接于空 压机的后端，该方法包括： 子步骤C1 :由空压机入口处的湿空气的相对湿度％，计算板翅式后冷器的湿空气换热 量增大系数y; 子步骤C2 :由板翅式后冷器的湿空气换热量增大系数Y和干空气换热量1，计算板翅 式后冷器的湿空气换热量Qh; 子步骤C3 :设定板翅式后冷器出口处湿空气的含湿量初始值d21; 子步骤C4 :由板翅式后冷器的湿空气换热量Qh;板翅式后冷器出口处湿空气的含湿量d21;空压机入口处湿空气中干空气的质量流量ma;空压机出口处湿空气的含湿量1、温度 h，计算板翅式后冷器出口处的湿空气温度t2; 子步骤C5 :计算在板翅式后冷器出口处湿空气温度〖2下，湿空气饱和水蒸汽压力ps2; 子步骤C6 :由板翅式后冷器出口处湿空气温度t2下湿空气饱和水蒸汽压力ps2和板翅 式后冷器出口处湿空气的压力p2，计算板翅式后冷器出口处饱和湿空气含湿量d22; 子步骤C7 :判断是否d21 =d22，如果是，执行子步骤C9,否则执行子步骤C8 ; 子步骤C8 :按照逐步逼近的原则调整d21，重新执行子步骤C4 ;以及 子步骤C9 :由空压机出口处湿空气的含湿量屯和板翅式后冷器出口处饱和湿空气含 湿量d22，计算板翅式后冷器的析水量mw。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子步骤C8中，采用差值法或二分法调 整d21，使其逐步逼近d22。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子步骤C4中，采用下式计算板翅式后 冷器出口处的湿空气温度t2:
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子步骤C6中，采用下式计算板翅式后 冷器出口处饱和湿空气含湿量d22:
其中，即板翅式后冷器出口处湿空气的压力P2等于板翅式后冷器入口处湿空气的压力 Pi °
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子步骤C2中，采用下式计算板翅式后 冷器的湿空气换热量Qh: Qh=r?Qa 其中，干空气换热量1由下式计算： Qa=Ca ?m〇 ? (trt〇) 其中，Ca为干空气的比热，m(l为空气的质量流量，为板翅式后冷器入口处的温度， 为板翅式后冷器出口处的温度。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于； 所述子步骤C1中，采用下式来计算板翅式后冷器的湿空气换热量增大系数Y :
所述子步骤C5中，采用下式计算压缩前湿空气饱和水蒸汽压力ps2: ps2= -〇. 02283+0. 02283 ?exp(0. 02108 ? 12)； 所述子步骤C9中，采用下式计算板翅式后冷器的析水量！v mw= 0? 001 ?ma ? (dfdm)。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子步骤Cl之前还包括： 步骤A:由空压机入口处的湿空气状态参数，计算空压机入口处的湿空气中干空气的 质量流量ma; 步骤B:由空压机入口处的湿空气状态参数，计算空压机出口处的湿空气状态参数。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括： 子步骤A1 :计算空压机入口处湿空气温度h下压缩前湿空气的饱和水蒸汽压力ps(l; 子步骤A2 :由压缩前湿空气的饱和水蒸汽压力ps(l和相对湿度％，计算压缩前湿空气 的水蒸汽分压力Pv。； 子步骤A3 :由压缩前湿空气的水蒸汽分压力pTO和空压机入口处的压力p^，计算湿空气 温度h下压缩前湿空气的密度P^ 子步骤A4 :由压缩前湿空气的水蒸汽分压力pTO和空压机入口处的压力p^，计算压缩前 湿空气的含湿量屯； 子步骤A5 :由压缩前湿空气的密度和空压机入口处的体积流量V(l，计算压缩前湿空 气的质量流量mQ;以及 子步骤A6 :由压缩前湿空气的含湿量屯和质量流量m^，计算压缩前湿空气中干空气的 质量流量ma。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于： 所述子步骤A1中，采用下式来计算空压机入口处湿空气温度h下压缩前湿空气饱和 水蒸汽压力Ps。： ps0= -〇. 02283+0. 02283 ?exp(0. 02108 ?t〇)； 所述子步骤A2中，采用下式来计算压缩前湿空气的水蒸汽分压力pTO:
所述子步骤A3中，采用下式计算湿空气温度h下压缩前湿空气的密度PQ:
所述子步骤A4中，采用下式计算压缩前湿空气的含湿量dQ:
所述子步骤A5中，采用下式计算压缩前湿空气的质量流量mQ:mo=V0 ?P0; 所述子步骤A6中，采用下式计算压缩前湿空气中干空气的质量流量ma:
10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括： 子步骤B1 :由空压机入口处的压力P(l和空压机压缩比0，计算压缩后湿空气的压力Pi； 子步骤B2 :由空压机入口处的湿空气温度h和空压机温度增量At，计算空压机出口 处湿空气的温度t1; 子步骤B3 :由空压机出口处湿空气的温度h，计算在该温度&下湿空气饱和水蒸汽压 力Psi; 子步骤B4 :由空压机出口处湿空气的压力Pl和湿空气的含湿量di，计算空压机出口处 湿空气的水蒸汽分压力PV1。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于： 所述子步骤B1中，采用下式计算空压机出口处湿空气的压力p1: Pl= 0 ? P 0; 所述子步骤B2中，采用下式计算空压机出口处湿空气的温度t1: tj=t〇+At； 所述子步骤B3中，采用下式计算在温度h下湿空气饱和水蒸汽压力psl: psl= -〇. 02283+0. 02283 ?exp(0. 02108 ?t:)； 所述子步骤B4中，采用下式计算空压机出口处湿空气的水蒸汽分压力pvl:
其中，空压机出口处湿空气的含湿量屯等于空压机入口处湿空气的含湿量d^。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于： 在一确定的空压机入口处湿空气相对湿度％下，执行所述子步骤C1至子步骤C9,获取 板翅式后冷器出口处湿空气出口温度t2和析水量mw随空压机入口处湿空气温度t^变化的 曲线。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，对于多个空压机入口处湿空气相对湿 度中的每一个，执行所述子步骤C1至子步骤C9,获取在该空压机入口处湿空气相对湿度下 板翅式后冷器出口处湿空气出口温度t2和析水量mw随空压机入口处湿空气温度t^变化的 曲线。
【专利摘要】本发明提供了一种获取板翅式后冷器出口状态参数的方法。其中，板翅式后冷器连接于空压机的后端，该方法包括：由空压机入口处的湿空气的相对湿度计算板翅式后冷器的湿空气换热量增大系数γ；计算板翅式后冷器的湿空气换热量Qh；设定板翅式后冷器出口处湿空气的含湿量初始值d21；计算板翅式后冷器出口处的湿空气温度t2；计算湿空气饱和水蒸汽压力ps2；计算板翅式后冷器出口处饱和湿空气含湿量d22；按照逐步逼近的原则调整d21，直至d21＝d22；以及由空压机出口处湿空气的含湿量d1和板翅式后冷器出口处饱和湿空气含湿量d22，计算板翅式后冷器的析水量mw。本发明避免了求解复杂的微分方程，计算简单易行、快捷方便，满足工程设计需要。
【IPC分类】G01D21-02
【公开号】CN104776884
【申请号】CN201510184482
【发明人】郭朝红, 唐大伟
【申请人】中国科学院工程热物理研究所
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月17日