Тепломассообменные аппараты-термодинамическая система, изолированная от внешней среды, за исключением входов и выходов рабочих средств. Через входы осуществляется подвод энергии и массы к данной системе, а через выходы - отвод энергии и массы.
Поскольку аппараты имеют конечные размеры, параметры состояния обменивающихся сред не достигают равновесного состояния (значений).
Продолжительность взаимодействия рабочих средств системы пропорциональна длине поверхности раздела. Если продолжительность контакта рабочих средств или, тоже самое, длина поверхности контакта стремится к бесконечности, то функции состояния рабочих средств стремятся к некоторому предельному равновесному состоянию.
Это предельное равновесное состояние зависит от свойств начальных параметров сред и взаимного расположения в системе входов и выходов и не зависит от условий, складывающиеся внутри системы. Поэтому параметры рабочих средств в предельном равновесном состоянии определяются независимо от тепломассообмена процессов, протекающих внутри системы.
Для определения равновесных состояний рабочих средств рассмотрим процессы, протекающие между воздухом и водой, поскольку полученные зависимости будут общими для всех сред.
При прямоточном движении рабочих сред их входы и выходы в аппарате расположены с одной стороны и обе среды стремятся к одному и тому же предельному равновесному состоянию (рис 2.2).
Рис. 2.2. Изменение параметров состояния рабочих сред в теплообменном аппарате при прямоточном движении до предельного равновесного состояния
Для ТП (прямоток)- модели, в том случае, если между рабочими средами в системе происходит только теплообмен, достаточной характеристикой предельного состояния является температура рабочих сред. При изменении температур, начальных на входе в теплообменник и ,до предельной равновесной , одно рабочее тело отдает, а другое воспринимает максимально возможное количество теплоты:
, след-но Температура предельного равновесного состояния:
В ТМО и ТМП - моделях происходит перенос не только явного тепла, но и масс паров между воздухом и пограничным слоем насыщенного воздуха над жидкостью.
Из уравнения баланса тепла и уравнений связи между параметрами воздуха на линии насыщения при =100%:
При противоточном движении входы и выходы рабочих сред расположены с противоположных сторон теплообменника. Для ТП - модели на входе в систему зависят от состояния теплоемкостей сред. Значение температуры среды с меньшей теплоемкостью (обычно воздух), , стремится к достижению значения начальной температуры среды с большей теплоемкостью (обычно жидкость) соответственно: =
Уравнение баланса тепла на выходе из системы будет:
Откуда
Для противоточных схем ТМО - и ТМП - моделей могут быть определены энтальпии предельного равновесного состояния на выходах из системы:
Энтальпия предельного равновесного состояния рабочей среды с большей теплоемкостью на выходе из системы определяется из уравнения теплового баланса:
На основании двух последних уравнений получим:
