Процесс обмена теплом и влагой между воздухом и водой на элементе поверхности dF описывается следующей системой уравнений:dQя = α(tс – tw)dF, (1)dQскр = βdr(dс – dw)dF, (2)dQп = σ(Iс – Iw)dF, (3)dWo = βd(dс – dw)dF, (4)dQя = cpGdtc, (5)dQп = GdI, (6)dQп = cwWdtw, (7)dWo = Gddc. (8)Для решения данной системы ее обычно дополняют функциональными зависимостями следующего вида:Jw = f1(tw) и dw = f2(tw). Универсальные зависимости для этих функций имеют сложный вид и не позволяют представить в простом виде решение этой системы. Учитывая, что температура воды при взаимодействии с воздухом в аппаратах кондиционирования воздуха изменяются незначительно (30–50), на данном интервале изменения температуры воды связь Jw и dw с tw представляют в виде линейной зависимости (1)–(4). Чтобы исключить размерность коэффициентов пропорциональностей в линейных зависимостях и придать им некоторый физико-математический смысл, предлагается функциональные зависимости записывать: Безразмерные коэффициенты aw и kw связаны между собой приближенным соотношением aw = 1 + kw. Графически в i–dдиаграмме two представляет собой температуру, отсекаемую на оси ординат изоэнтальпой, проведенной через точку пересечения прямой, аппроксимирующей линию насыщения, и нулевой изотермы.Для рассматриваемого конкретного случая обмена теплом и влагой между воздухом и водой коэффициенты aw, kw и two постоянны. Подставим в зависимость (9а) вместо Jw значение энтальпии воздуха Jс и определим температуру, которую обозначим через tмп: Данная температура характеризует состояние воздуха с учетом теплового состояния взаимодействующей с ним воды. По своей сути эта температура является температурой воздуха по мокрому термометру, если бы коэффициенты в линейной зависимости между энтальпией воздуха Jс и соответствующей температурой воздуха по мокрому термометру tм были бы теми же, что в зависимости для параметров воды. Назовем tмп приведенной (условной) температурой воздуха по мокрому термометру [7, 8].Заменим теперь в зависимости (9б) tw на tмп, а определенное по tмп влагосодержание назовем влагосодержанием при приведенной (условной) температуре по мокрому термометру dмп или для сокращения — приведенным (условным) влагосодержанием. По своему физическому смыслу приведенное влагосодержание представляет собой влагосодержание условной паровоздушной смеси, имеющей энтальпию, равную энтальпии реального воздуха Jс, а температуру по мокрому термометру — равной приведенной температуре по мокрому термометру. Получаем систему уравнений: Данная система уравнений описывает на i–d-диаграмме кривую, частично совпадающую с кривой ϕ = 1 на участке, соответствующем диапазону температур воды. Назовем эту кривую «кривой приведенных параметров насыщения». Для различных возможных диапазонов изменения температуры воды на i–d-диаграмму могут быть нанесены и соответствующие им кривые. Введение понятий приведенной температуры воздуха по мокрому термометру и приведенного влагосодержания позволяет значительно упростить математические преобразования и вскрыть некоторые физические особенности при совместно протекающих процессах тепло и массообмена. Впервые попытки введения указанных понятий были сделаны в [7, 8].Отметим, что приведенная температура воздуха по мокрому термометру может быть как выше, так и равной действительной температуре по мокрому термометру, и в тоже время — как выше, так и ниже температуры воздуха по сухому термометру. Аналогичная связь наблюдается и между реальным влагосодержанием насыщенного воздуха при температуре воздуха по мокрому термометру и приведенным влагосодержанием. Используя понятие о приведенных параметрах воздуха, соотношения dQп = ξdQя, где:а также [1, 2, 3]:следуя работам [4, 6], устанавливаем следующие зависимости, описывающие характер изменения движущих сил явного теплообмена и влагообмена вдоль поверхности обмена:Данные зависимости установлены для случая tc1 ≥ tw, Ic1 ≥ Iw, dc1 ≥ dw, когда на всей поверхности обмена происходит как полный, так и явный теплообмен, т.е. Fя = Fп = F. Величины tʹw и dʹw принимаются для случая прямоточного движения взаимодействующих сред tw1 и dw1, а для противоточного — tw2 и dw2. Разности tc1 – tмп1 и dc1 – dмп1 характеризуют собой приведенную психрометрическую разность, соответственно, температур Δtпсп и влагосодержания Δdпсп, а разности tмп1 – tʹw и dмп1 – dʹw — соответственно, температурный Δtпр и влажностный Δdпр аналоги движущих сил полного теплообмена. Уравнения (12) и (13) при их графической интерпретации в i–d-диаграмме характеризуются кривыми, асимптотически приближающими с той или иной стороны к кривой приведенных параметров насыщения. Приведенные психрометрические разности температур и влагосодержания в зависимости от начальных параметров взаимодействующих сред могут иметь как положительный, так и отрицательный знаки, а, следовательно, оказывать различное влияние на характер изменения движущих сил явного теплообмена и влагообмена и, в конечном счете, на абсолютные количества переданных тепла и влаги (табл. 1).Анализ приведенных зависимостей для движущих сил явного теплообмена и влагообмена при различных сочетаниях параметров взаимодействующих сред, характеризуемых по воздуху в i–d-диаграмме точкой, лежащей в секторе 1 диаграммы, обнаруживает, что приведенные психрометрические разности температур и влагосодержания оказывают различное влияние на соответствующие действующие силы по сравнению с аналогами движущих сил полного теплообмена. Первая обусловливает уменьшение движущей силы явного теплообмена, вторая — увеличение движущей силы влагообмена. При приближении параметров воздуха в i–d-диаграмме к кривой приведенных параметров насыщения влияние психрометрических разностей уменьшается и полностью отсутствует при параметрах воздуха, находящихся в диаграмме на кривой приведенных параметров насыщения. При начальных параметрах воздуха, характеризуемых в i–d-диаграмме точкой, находящейся в секторе 2, влияние приведенных психрометрических разностей изменяется на противоположное. Начальная приведенная психрометрическая разность температур обусловливает увеличение температурного аналога движущей силы полного теплообмена, а начальная приведенная психрометрическая разность влагосодержаний — уменьшение соответствующего аналога движущей силы полного теплообмена. Причем влияние приведенных разностей усиливается при приближении начальной энтальпии воздуха к значению энтальпии насыщенного воздуха при температуре t-w и становится преобладающим при равенстве энтальпий. Если начальные параметры воздуха в i–d-диаграмме располагаются в секторе 3, то их влияние на температурный и влажностный аналоги движущих сил полного теплообмена аналогично влиянию приведенных психрометрических разностей в секторе 1, а влияние начальных параметров воздуха, расположенных в диаграмме в секторе 4, аналогичны влиянию начальных параметров, рассмотренных для сектора 2. Движущая сила влагообмена для начальных параметров воздуха, расположенных на диаграмме в секторе 2, и движущая сила явного теплообмена для начальных параметров воздуха сектора 3 диаграммы могут в процессе тепло и влагообмена изменять свое направление при условии: Данные условия для противоточного и прямоточного характеров движения взаимодействующих сил определяют в i–d-диаграмме различные области начальных параметров воздуха. Изменение направления движущей силы влагообмена для противоточного движения взаимодействующих сред возможно при начальных параметрах, охватываемых в i–d-диаграмме областью «б», а при прямотоке — областью «а». При начальных параметрах воздуха, расположенных в i–d-диаграмме в области «в», возможно изменение направления движущей силы явного теплообмена при противотоке, а при прямотоке — при начальных параметрах, находящихся в области «г». Следует отметить, что разности (tc1 – tмп1) и (dпм1c1 – dc1) для начальных параметров, расположенных, соответственно, в i–d-диаграмме в секторах 3 и 2, могут принимать значения, при которых на определенном элементе поверхности обмена движущие силы влагообмена и явного теплообмена по абсолютной величине равны влажностным и температурным аналогам движущей силы полного теплообмена, происходящего на этом элементе. Данное явление может наблюдаться для случая противоточного движения взаимодействующих сред с движущими силами явного теплообмена при начальных параметрах воздуха, находящихся на i–d-диаграмме в области «в1» сектора 3, а для движущих сил влагообмена — в области «д1» сектора 2. При прямоточном движении взаимодействующих сред, соответственно, в области «г1» сектора 3 и «а1» сектора 2. Прямые, разделяющие области «а1», «б1», «в1», «г1», описываются уравнениями, соответственно:2tʹw = tc1 – tмп1 и 2dʹw = dc1 – dмп1.Прибавив и отняв от левой части уравнений (12) и (13), соответственно, tмп и dмп, нетрудно установить, что приведенные психрометрические разности температур и влагосодержаний в процессе взаимодействия воздуха с водой независимо от характера движения сред изменяются по экспоненциальному закону: Здесь tc2, tмп2, dc2, dмп2 — параметры воздуха после контакта с водой. Из этого факта следует, что при осуществлении тепло и влагообмена между воздухом и водой на поверхности полного теплообмена должно осуществляться условие: В случае, если правая часть меньше левой, это указывает на наличие поверхности тепловлагообмена Fа, на которой отсутствует полный теплообмен, но происходит изоэнтальпийное увлажнение и охлаждение воздуха. Если вычесть правую и левую части первого уравнения (16) из единицы, то получим: Данная зависимость по виду сходна с выражением для универсального коэффициента явного теплообмена Еʹ [5, 9]и коэффициента эффективности изоэнтальпного процесса Еа. Однако, необходимо помнить, что выражения для Еʹ, Еʺ действительны для процессов, на поверхности обмена которых обязательно происходят одновременно явный и полный теплообмен, а выражение для Еа справедливо только для совместно протекающих процессов явного теплообмена и влагообмена (изоэнтальпного), т.е. когда между воздухом и водой отсутствует полный теплообмен. В контактных аппаратах кондиционирования воздуха поверхности полного и явного теплообмена не равны между собой из-за полидисперсности распыления. Характер распределения этих поверхностей вдоль аппарата достаточно сложен. В связи с этим рассмотрим взаимосвязь коэффициентов Еʹ и Еа при допущении, что поверхность Fа, на которой отсутствует полный теплообмен, расположена перед поверхностью полного теплообмена и после нее. В первом случае взаимосвязь между Еʹ и Еа имеет вид: А во втором случае: Из данных зависимостей следует, что для описания эффективности явного теплообмена при осуществлении политропических процессов обработки воздуха нельзя использовать зависимости, установленные для изоэнтальпного увлажнения воздуха Еа, поскольку в общем случае Еʹ отличается от Еа, и данное различие обусловливается начальными параметрами воздуха и гидродинамическими условиями. Обычно в оросительных камерах обработку воздуха ведут до ϕ = 0,95, т.е. (tмп2 – tм2) → 0, (tc2 – tм2) → 0. В этом случае приведенные выше зависимости несколько упростятся: Абсолютная величина коэффициента Еʹ может быть как больше, так и меньше величины Еа. Равенство коэффициентов Еʹ и Еа возможно при условии, что (tмп1 – tм1) → 0, а (tс1 – tм1) → ∞, т.е. при осуществлении процессов, близких к изоэнтальпным, и при обработке сухого воздуха, характеризующегося большими значениями психрометрических разностей температур. Интегрирование уравнений (12) и (13) и определение средних величин движущих сил явного теплообмена и влагообмена по поверхности дает следующие выражения для определения среднеинтегральных движущих сил (1 — прямоток, а 2 — противоток).Для явного теплообмена:Для влагообмена: Анализ этих зависимостей показывает, что средние движущие силы явного теплообмена и влагообмена определяются двумя слагаемыми. Первое слагаемое — средняя логарифмическая разность, соответственно, приведенной психрометрической разности температур и влагосодержания. Второе слагаемое — средняя логарифмическая разность, соответственно, температурного и влажностного аналогов движущей силы полного теплообмена, т.е. данные уравнения могут быть записаны:Δtср = Δtпсп.ср.лог + Δtпр.ср.лог, (25)Δdср = Δdпсп.ср.лог + Δdпр.ср.лог. (26) Таким образом, в результате рассмотрения совместно протекающих процессов тепло и влагообмена между воздухом и водой введено понятие приведенных (условных) температур и влагосодержания, что позволило аналитически установить зависимости изменения движущих сил явного теплообмена и влагообмена вдоль поверхности и определить в i–dдиаграмме характерные области различного их взаимного влияния при произвольных начальных параметрах, получены новые зависимости для средних начальных значений движущих сил явного теплообмена и влагообмена. 1. Берман Л.Д. Определение средней разности энтальпий при расчете градирен и мокрых кондиционеров // Холодильная техника, №1/1960. 2. Богословский В.Н., Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционпрования воздуха. — М.: Стройиздат, 1983. 3. Гоголин А.А. Оборотное охлаждение в холодильных установках. — Л.: Пищепромиздат, 1940. 4. Аничхин А.Г. Средний температурный напор в оросительных камерах. В кн. «Кондиционирование воздуха». Сб. тр. НИИСТ №18. — М.: Стройиздат, 1966. 5. Аничхин А.Г. Универсальный коэффициент эффективности теплообмена в оросительных камерах и его связь с коэффициентом теплопередачи // Водоснабжение и санитарная техника, №10/1966. 6. Аничхин А.Г. Средняя движущая сила массообмена в оросительных камерах кондиционеров. В кн. «Новое в санитарной технике». Сб. тр. НИИСТ №22. — М.: Стройиздат, 1967. 7. Аничхин А.Г. Тепло и массообмен в ребристом воздухоохладителе // Холодильная техника, №11/1972. 8. Аничхин А.Г. Изменение параметров воздуха в ребристом воздухоохладителе со сложной поверхностью // Холодильная техника, №3/1973. 9. Карпис Е.Е. Метод расчета форсуночных камер кондиционеров с совместным использованием двух коэффициентов эффективности теплообмена // Водоснабжение и санитарная техника, №4/1963.