Рабочая программа дисциплины "Теплотехника" (Общие методические указания к изучению дисциплины. Контрольные тесты для проверки знаний студентов), страница 8

1.7. Влажный воздух. H,d-диаграмма влажного воздуха.

Влажный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяного пара. Для него применимы законы идеального газа и соотношения для газовых смесей. Знание его свойств необходимо для понимания и расчета сушилки, систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Обычно в этих системах воздух находится под давлением р_б, мало отличающимся от атмосферного, поэтому по закону Дальтона:

р_б = р_в + р_п где р_в и р_п - парциальные давления, соответственно сухого воздуха и водяного пара.

Различают три характерных состояния влажного воздуха.

1. Насыщенный - содержит максимальное количество водяного пара при данной температуре (смесь сухого воздуха и насыщенного пара).

2. Ненасыщенный - не содержит максимального количества водяного пара (смесь сухого воздуха и перегретого пара).

3. Пересыщенный - состояние, когда в смеси с воздухом находится сухой насыщенный пар и равновесная влага в виде водяного или ледяного тумана.

Если насыщенный воздух охлаждать при постоянном р, то при некоторой температуре он станет насыщенным. Это температура называется температурой точки росы t_р. Понижение температуры воздуха ниже t_р вызывает конденсацию водяного пара (образуется туман, выпадает роса).

Основными характеристиками влажного воздуха являются.

1. Относительная влажность φ- определяет степень насыщенности воздуха водяным паром:

где ρ_п - плотность пара при данном состоянии воздуха; ρ_max - максимально возможная плотность пара. Для насыщенного воздуха φ > 1 или 100%, для насыщенного φ <1.

2. Абсолютная влажность D(r) - определяет массу водяного пара, содержащегося в 1 м₃ влажного воздуха.

3. Влагосодержание воздуха d, г/кг с.в, - отношение массы водяного пара к единице массы сухого воздуха, содержащегося во влажном воздухе:

4. Энтальпия влажного воздуха H, кДж/кг - выражается суммой энтальпий сухого воздуха h_в и содержащегося в нем водяного пара h_п:

H,d-диаграмма влажного воздуха. Параметры влажного воздуха определяются по H,d - диаграмме, разработанной профессором Л.К. Рамзиным в 1918 г.

В основу построения диаграммы (рис. 29) положена косоугольная система координат. По оси абсцисс отложено влагосодержание d, а по оси ординат - энтальпия влажного воздуха Н. Координатные оси проведены под углом 1350, однако для удобства значения d снесены на вспомогательную ось, проходящую под углом 900 к оси энтальпии. Кривыми линиями на диаграмме показаны значения φ. Линии постоянных (t, Н, φ) построены на основе решения предыдущего уравнения. Зная два параметра воздуха можно найти остальные.

Диаграмма строится для определенного барометрического давления Р₀=99,3 кПа. В общем случае состояние влажного воздуха изменяется политропно (т.е. изменяется его тепло-влагосодержание) поэтому процесс может быть представлен в виде:

Это тепловлажностное отношение, выражает количество теплоты, усвоенной воздухом к изменению влаги. На полях диаграммы нанесены линии (лучи) ε=const .

Рассмотрим некоторые примеры расчетов различных процессов.

Процесс нагрева и охлаждения. Нагрев воздуха происходит при d=const. Процесс 1-2.(Рис.30).

Количество теплоты, необходимой для нагревания воздуха, определяется по формулам:

где L - количество воздуха, кг/ч.

Охлаждение воздуха при d=const - обратный процесс 2-1. Δd=d₁-d₄ - осушение (частичное).

Рисунок 29. H,d - диаграмма влажного воздуха.

Процесс увлажнения и осушения. Процесс адиабатного увлажнения (мелко распыленной водой) изображается линией 1-2 (рис. 31).

Количество влаги, усваиваемой 1 кг воздуха:

Теплота на испарение влаги поступает из воздуха и в него же возвращается с паром, поэтому H=const. Температура понижается, а влагосодержание растет. Обратный процесс 2-1осушение (обычно сорбентами).

Увлажнение воздуха водяным паром - политропный процесс, протекает с ростом Н и d. Направление процесса 3-4 определяется наклоном луча ε . Процесс 4-3 осушение(политропное).

Процесс смешивания. Воздух в состоянии 1(t₁, φ₁) (рис. 32) смешивается с воздухом в состоянии 2(t₂, φ₂). Параметры смеси (т. 3) могутбыть найдены по формулам:

Рисунок 30. Процесс нагрева и охлаждения.

где М₁, М₂, М₃ - количество сухого воздуха в соответствующих компонентах и в смеси.

Рисунок 31. Процесс увлажненияи осушения.

Или по правилу рычага:

При смешивании воздуха двух различных состояний может получиться процесс с конденсацией некоторого количества влаги (процесс 4-5). Переход смеси в устойчивоесостояниеи осушения. происходит при t_м=const, а d₆ - d₇ определяет количество конденсирующейся влаги (т.6).

Рисунок 32. Процесс смешивания.