Основные понятия

Влажным воздухом называется смесь сухого воздуха и водяного пара. В связи с тем, что водяной пар при снижении температуры мо­жет переходить в

другую фазу (жидкую или твердую), т.е. выпадать из смеси, влажный воздух представляет собой один из частных случа­ев газовой смеси.

Водяной пар во влажном воздухе может быть в насыщенном или перегретом состоянии. Пар, находящийся в равновесии с жид­костью, называется насыщенным, а пар, имеющий температуру более вы­сокую, чем температура кипения жидкости при заданном давлении – перегретым. Поэтому смесь сухого воздуха и насыщенного или перег­ретого водяного пара соответственно называется насыщенным и нена­сыщенным влажным воздухом.

Температура, до которой необходимо охладить ненасыщенный воз­дух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал насыщенным, назы­вается температурой точки росы. При охлаждении влажного воздуха ниже температуры точки росы происходит конденсация водяного пара. Если влажный воздух имеет давление, близкое к ат­мосферному, то с достаточной для технических расчетов точностью можно рассматривать его как идеальный газ. В соответствии с зако­ном Дальтона для идеальных газов давление p влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара

.

Парциальным называется давление, которое имел бы данный газ, если бы он находился в таком же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.

Различают абсолютную и относительную влажность воздуха. Мас­са водяного пара, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха, называется абсолютной влажностью. Она численно равна плотности пара в смеси при собственном парциальном давлении и температуре смеси, кг/м³,

,

где – масса пара, кг; – объем пара в смеси, равный рабочему объему всей смеси, м³.

Относительной влажностью j воздуха называется отношение действительной аб­солютной влажности ненасыщенного воздуха к максимально возможной абсолютной влажности воздуха при той же температуре, %,

,

где – абсолютная максимально возможная влажность воздуха, ра­вная плотности насыщенного пара, кг/м³.

Для идеальных газов отношение плотностей можно заменить от­ношением парциальных давлений. Поэтому

,

где – давление насыщенного пара.

В двух последних формулах и находятся по таблицам состояния водя­ного пара для температуры влажного воздуха.

Влагосодержанием влажного воздуха называют отношение массы водяного пара, содер­жащегося в некотором объеме влажного воздуха, к массе сухого воздуха, находящегося в том же объеме, г/кг

.

Парциальное давление водяного пара во влажном воздухе можно определить по формуле

,

где d – влагосодержание, г/кг; число 622 – отношение газовых постоянных воздуха и водяного пара, умноженное на 1000.

Если при данной температуре, то влагосодержание при состоянии насыщения на 1 кг сухого воздуха определяется из выра­жения

.

Последнее уравнение показывает, что при ® p d ® ¥; ¥ соответствует только водяному пару, а 0 – сухому воздуху. Относительная влажность j окружающего воздуха наиболее точно определяется по показаниям психрометра и специальных таблиц. Психрометр состоит из двух термометров: “мокрого” и сухого. Шарик “мокрого” термометра обернут тканью, постоянно смачиваемой водой. Испарение влаги с поверхности шарика термометра приводит к его охлаждению, поэтому такой термометр всегда показывает более низкую температуру, чем сухой. По разности показаний сухого и “мокрого” термометров с помощью психрометрической таблицы (табл. 3 приложения) определяется относительная влажность. Более просто и быстро можно определять вышеперечисленные параметры влажного воздуха и его энтальпию h, а также проводить исследования термодинамических процессов с влажным воздухом с помощью h-d диаграммы (рис. 4.1), справедливой для давления 99300 Па

(745 мм рт. ст.), соответствующего среднему годовому значению барометрического давления в центральных районах России.

В h-d диаграмме по оси абсцисс откладывается влагосодержание d (г/кг сухого воздуха), а по оси ординат – удельная энтальпия h влажного воздуха (кДж/кг). По делениям оси абсцисс проведены вертикальные прямые постоянного влагосодержания ( const). За начало удельных энтальпий принято нулевое значение, при котором 0°С, 0 и .

При построении h-d диаграммы для удобства расчета использована косоугольная система координат, так как при этом область ненасыщенного воздуха занимает большую площадь диаграммы. Через точки на оси ординат проводят линии h = const под углом 135° к линиям const.

Кроме того, на диаграмму нанесены изотермы сухого ( const) и “мокрого” ( const) термометров и кривые относительной влажности ( const).

Линия с относительной влажностью 100% называется линией насыщения, а точки на ней соответствуют состоянию насыщенного воздуха. Область диаграммы, расположенная выше линии насыщения, является областью ненасыщенного влажного воздуха, т. е. смеси сухого воздуха и перегретого пара. Ниже линии насыщения расположена область, в которой водяной пар, содержащийся в воздухе, является влажным насыщенным. На линии насыщения показания “мокрого” и сухого термометров одинаковые. В нижней части диаграммы нанесена линия зависимости парциального давления водяного пара от влагосодержания. Значения парциальных давлений отложены по правой вер­тикальной шкале диаграммы.

Определение параметров влажного воздуха по h-d диаграмме про­изводится следующим образом.

Относительная влажность воздуха. Предварительно определяется температура воздуха по сухому и “мокрому” термометрам. Затем на диаграм­ме находят точку пересечения изотерм и , определяющую состоя­ние влажного воздуха, например, точка А, а по ней определяется иско­мая величина j (в данном примере %).

Температура точки росы. Из точки, характеризующей состояние влажного воздуха (точка А), проводят вертикальную прямую до пересечения с линией насыщения % (точка D). Изотерма сухого термометра, проходящая через данную точку, соответствует ис­комой температуре точки росы (в данном примере 14°С).

Парциальное давление водяного пара. Из исходной точки (точка А) проводится вертикальная прямая до пересечения с ли­нией парциального

давления (точка Е). Ордината этой точки по крайней правой шкале определяет значение (14 кПа).

Кроме определения параметров влажного воздуха h-d диаграмма позволяет проводить исследования термодинамических процессов с влажным воздухом. Так, например, в процессе сушки какого-либо материала воздух предвари­тельно подогревается в устройстве, называемом калорифером. При нагреве влагосодержание воздуха не меняется (), поэтому процесс нагрева в h-d диаграмме изображается вертикальной прямой (прямая АВ) до пересечения в точке В с изотермой , соответствующей температуре воздуха после нагрева. Процесс охлаждения влажного воздуха также изображается прямой от начальной точки (точка B) до конечной (точка А).

В сушильной камере за счет теплоты предварительно нагретого воздуха происходит испарение влаги из высушиваемого материала, вследствие чего влагосодержание воздуха увеличивается. На h-d диаграмме линией ВС изображен процесс сушки в идеальной камере, в которой отсутствуют тепловые потери в окружающую среду, теплота на нагрев материала не затрачивается и энтальпия воздуха в процессе сушки не меняется. Процесс сушки материалов в реальной сушилке всегда происходит с потерями и поэтому протекает с уменьшением энтальпии (линия ВС¢).

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 42; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!