水蒸发相变冷却技术特性及节能性研究(2)

2019-03-29 12:13

面,形成蒸气,这就是蒸发。蒸发可以在任何温度下进行,但温度愈高,能量较大的分子愈多,蒸发愈强烈。与蒸发不同,在给定的压力下,沸腾是在某一特定温度(饱和温度)下发生、在液体内部和表面同时进行并且伴随着大量汽泡产生的剧烈的汽化现象。液体沸腾时,尽管对其继续加热,但液体的温度保持不变。

凝结是汽化相反的过程,同沸腾现象相同只能在某一特定温度(饱和温度)下发生。 2.微观解释

(1)密闭容器中的汽化与凝结

当液体在有限的密闭空间内汽化时,则不仅有分子逸出液体表面而进入蒸气空间,而且也会有分子从蒸气空间落到液体表面,回到液体中。开始时,单位时间从液面逸出的分子多于返回液面的分子,蒸气空间中的分子数不断增加。但当蒸气空间中蒸气的密度达到一定程度时,在同一时间内逸出液面的分子就会与回到液面的分子数目相等,则气、液两相达到了动态平衡。见图2。

图2密闭容器中物质汽化与凝结的微观机理

(2)具有自由液面的汽

化 无论蒸发还是沸腾,如果液面上方是和大气相连的自由空间,那么一般情况下汽化过程可以一直进行到液体全部变为蒸气为止。 (3)饱和状态

上述液面上蒸气空间中的蒸气和液体两相达到动态平衡的状态称为饱和状态。

使未饱和液体达到饱和状态的途径:

3.饱和蒸气压曲线

饱和温度与饱和压力存在一一对应关系,据两者的函数关系ps=

f(ts),绘出的曲线称为饱和蒸汽压曲线,如图3所示。对于水饱和蒸汽

压函数关系为:

,其中压力ps的单位为MPa。

四、 H2O的“五态”

水蒸气的“五态”包括:未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽五种状态

图3 部分物质的饱和蒸气压曲线状态

▲未饱和液体(Unsaturated-liquid):t

▲饱和液体(Saturated-liquid)、饱和湿蒸汽

(Saturated Wet-vapor)、饱和蒸汽(Saturated-Vapor):均为饱和状态。其中的汽相称为饱和蒸汽,液相称为饱和液体,汽液共存则为饱和湿蒸汽。

▲过热蒸汽(Supersaturated-vapor):t> ts(ps),过热度t- ts描述了远离饱和状态的程度。 五、H2O的p-v-t热力学面

以压力p、温度T及比容v的三维坐标系表示水的各种状态的曲面,称为p-v-T热力学面,如图4所示。

图4 H2O的p-v-t热力学面

前述的纯物质的p-t相图实际上是p-v-t热力学面在p-t坐标面上的投影,而p-v相图则是p-v-t热力学面在p-v坐标面上的投影,见图5

图5 p-v-t热力学面与p-t相图间的关系

应该注意p-v-t热力学面包括: 一个点:临界点;

四个线:三个饱和线和一个三相线; 六个区:三个单相区和三个两相区。

§2 蒸发冷却技术在数据中心的应用探讨

随着电子信息行业的飞速发展,数据中心的发展也进入到一个新的阶段。根据工业和信息化部联合国家发展和改革委员会、国土资源部、国家电力监管委员会、国家能源局发布的《关于数据中心建设布局的指导意见》,数据中心将会朝着超大型和资源节约型的方向发展。数据中心中空调系统能耗是影响数据中心能耗的重要因素,空调系统的节能技术直接影响数据中心的PUE 值(数据中心能效指标)。据悉,我国数据中心的能耗中约有 40% 用于空调系统,在合适的气候条件下,利用自然冷源替代人工冷源可以大大降低数据中心空调系统的能耗。蒸发冷却技术是一种利用干空气制取冷风或冷水的技术,可以根据末端的需要提供冷风或者冷水,为数据中心供冷。由于不需要使用传统的压缩机,所以其能耗较低,将这项技术应用在全年需要提供冷量的数据机房空调系统中,并配合人工冷源使用,节能潜力巨大; 1 蒸发冷却空调在我国数据中心的应用

蒸发冷却技术是一项利用水蒸发吸热制冷的技术 。蒸发冷却技术分为直接蒸发冷却(DEC)空调技术和间接蒸发冷却(IEC)技术。蒸发冷却空调具有节能、环保、经济和可提高室内空气质量的优点。我国 GB 50189-2005《公共建筑节能设计标准》第 5.3.24 条规定:在满足使用要求的前提下,对于夏季空气调节室外计算湿球温度较低、温度的日较差大的地区,空气的冷却过程,宜采用直接蒸发冷却、间接蒸发冷却或


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