Процессы, протекающие в теплообменных аппаратах, могут быть установившимися и нестационарными. Установившимся называется процесс, в котором все термодинамические функции состояния в любой точке пространства теплообменника во времени сохраняются постоянными. Нестационарным называется процесс, в котором эти функции состояния в отдельных точках пространства теплообменника изменяются во времени.

Если уравнения сохранения энергии и массы вещества составляют относительно элементов пространства (метод Эйлера), то существует формальный признак, отличающий описание установив­шихся процессов от нестационарных: в уравнениях, описывающих установившиеся процессы, отсутствует параметр времени. Если математическое описание процесса строить рассматривая движение объемов обменивающихся сред (метод Лагранжа), то уравнения, описывающие установившийся процесс, будут содержать параметр времени. Это говорит о том, что процесс, установившийся впространстве, является переменным во времени относительно движущихся объемов обменивающихся сред.

Эти положения можно рассмотреть на примере работы форсуночной камеры орошения, в которой тепло- и массоперенос происходит между воздухом и отдельными перемещающимися в пространстве каплями разбрызгиваемой воды. Если в течение достаточно долгого времени в камеру орошения подавать постоянный расход воды и воздуха с фиксированными параметрами, то в камере стабилизируется определенный установившийся режим, при котором в любой точке пространства камеры температура и влагосодержание воздуха и температура капель воды сохраняются одними и теми же. В то же время если рассматривать движение отдельных капель или масс воздуха в объеме камеры, то их параметры по ходу движения, а следовательно, и во времени изменяются. Это относится ко всем теплообменным аппаратам. Таким образом, понятие установившегося процесса является условным в том смысле, что в этом процессе квазистационарное состояние в пространстве наблюдается в условиях, когда сами обменивающиеся среды изменяют свои параметры во времени.

Строго говоря, установившегося состояния в работе теплообменников не существует. Однако многие изменения (изменение параметров наружного климата, рабочих сред и т.п.), влияющие на процессы тепло- и массопереноса в аппаратах СКВ, протекают обычно существенно более медленно, чем процессы в самих аппаратах. Инерционность аппаратов относительно этих изменений оказывается пренебрежимо малой. Так, например, для большинства ореб-ренных теплообменников переход из одного установившегося состояния в другое после возникновения возмущения длится всего 5—20 мин. Поэтому при решении многих инженерных задач на основе рассмотрения установившегося режима обеспечивается требуемая точность. К таким задачам относятся подбор теплообменников (который производят для некоторых условно постоянных расчетных условий), годовой и сезонный энергетический анализ работы теплообменников и т. п.

Несмотря на существенное различие теплообменников, используемых в системах кондиционирования, можно выделить несколько основных расчетных физико-математических моделей, описывающих процессы в теплообменных аппаратах.

По характеру процессов тепло- и массопереноса различают следующие три модели (рис. III.4):

ТП-модель — передача явного тепла через разделяющую потоки непроницаемую для жидкости стенку, в том числе оребренную;

ТМО-модель — тепло-и массообмен на поверхности раздела при непосредственном контакте двух рабочих сред (например, воздуха и воды);

ТМП-модель — передача тепла через разделяющую потоки стенку (в общем случае оребренную) при наличии тепло- и массообмена на одной или на обеих поверхностях стенки.

По характеру взаимного движения обменивающихся сред различают прямоточную, противоточную и перекрестную модели. В перекрестной схеме каждая из тепло- и массообменивающихся сред может перемешиваться по ходу движения. Это значит, что параметры каждой среды могут изменяться по двум координатам. Возможна перекрестная схема, в которой одна теплообменивающаяся среда перемешивается, а вторая не перемешивается или перемешиваются обе.

В УКВ по ходу движения воздуха, как правило, устраивается несколько теплообменников, соединяемых по прямоточно-перекрестной, противоточно-перекрестной схемам и др.

По форме описания термодинамических связей между функциями состояния сред и коэффициентами тепло-и массообмен а различают линейную и нелинейную расчетные модели. В линейной модели используют простейшую кусочно-линейную аппроксимацию и не учитывают зависимости между параметрами влажного воздуха, изменчивости коэффициентов тепло- и массообмена и т. д. При описании совместно протекающих процессов тепло- и массопереноса, строго говоря, следует использовать термодинамические связи, например между вла-госодержанием воздуха и его температурой, которые в общем случае являются нелинейными, поскольку соответствующие коэффициенты изменяются с изменением температуры. Коэффициенты тепло-и массообмена зависят от физических параметров, а следовательно и от температуры В результате дифференциальные уравнения, опи­сывающие процессы тепло- и массопереноса, оказываются нелинейными. Такая постановка приводит к нелинейной модели.

Предложенное деление на модели помимо чисто методологических достоинств имеет еще важное преимущество — оно позволяет создать универсальную систему автоматизированного (на ЭВМ) расчета УКВ. Расчет основных физико-математических моделей входит в эту универсальную систему в виде некоторых стандартных подпрограмм