Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Свойства влажного воздуха






Свойства воздуха определяются его газовым составом, тепло-

влажностным состоянием и содержанием вредных газов, паров, пыли. Окружающий нас атмосферный воздух является смесью газов. Смесь сухого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом.

К влажному воздуху с достаточной степенью точности применимы

законы смеси идеальных газов. Каждый газ, в том числе и водяной пар, за-

нимает тот же объем V, что и вся смесь, имеет температуру смеси T, но

находится под своим парциальным давлением pi.

Согласно закону Дальтона, сумма парциальных давлений газов равна

полному барометрическому давлению смеси:

p бpi, (3.1)

где pi – парциальное давление i -тогo газа, Па.

Парциальное давление отдельного газа определяется по уравнению

Клапейрона (уравнение состояния газа)

где Mi – масса i -того газа, кг; R = 8, 314 кДж/(кмоль·К) – удельная газовая постоянная; V – объем газа, м3; μ i – молекулярная масса i -того газа, кг/моль.

При расчетах кондиционирования влажный воздух удобно рассматри-

вать как бинарную смесь (двух газов), состоящую из водяного пара (газа с

молекулярным весом μ п = 18) и сухого воздуха (условного однородного газа с молекулярным весом μ с.в = 29). Барометрическое давление p б в этом случае равно сумме парциальных давлений сухого воздуха p с в. и водяного пара pп:

p б = рс.в + рп. (3.3)

Барометрическое давление над уровнем моря в среднем составляет

101, 3 кПа. С изменением высоты над уровнем моря расчетное барометри-

ческое давление изменяется и может быть определено на основании кли-

матологических данных. Текущие значения барометрического давления

могут иметь систематические колебания в пределах приблизительно ±5 %.

При обработке и изменении свойств влажного воздуха в процессе

кондиционирования количество его сухой части остается неизменным, по-

этому принято при рассмотрении тепловлажностного состояния воздуха

все его показатели относить к 1 кг сухой части влажного воздуха.

Влажность воздуха характеризуется количеством содержащегося в нем

водяного пара. Количество водяного пара, г, приходящегося на 1 кг сухой

части влажного воздуха, называют влагосодержанием воздуха d, г/кг;

Влагосодержание может быть различным, но его максимальная ве-

личина при заданной температуре строго определена насыщенным состоянием водяных паров. В связи с этим для характеристики степени увлажненности воздуха удобно использовать

показатель относительной влажности воздуха j, который показывает степень насыщенности воздуха водяным паром в % или в долях единицы полного насыщения при одинаковых температуре и давлении.

При относительной влажности 100 % воздух полностью насыщен во-

дяными парами и его называют насыщенным.

При φ < 100 % водяные пары находятся в перегретом состоянии и влажный воздух называют ненасыщенным.

Величина φ равна отношению парциального давления водя-

ного пара рп во влажном воздухе данного состояния к парциальному дав-

лению насыщенного водяного пара рп.н в насыщенном влажном воздухе

при той же температуре:

Давление насыщенного водяного пара зависит только от температу-

ры. Его значение определяют экспериментальным путем и приводят в спе-

циальных таблицах.

Энтальпия влажного воздуха I складывается из энтальпии сухой его

части и энтальпии водяных паров. Энтальпия влажного воздуха, отнесен-

ная к 1 кг сухой части влажного воздуха, при произвольных температуре и

влагосодержании определится как

I =1, 005 t + (2500 +1, 8 t) d /1000. (3.6)

Кроме характеристик тепловлажностного состояния свойства возду-

ха, как было сказано выше, определяются содержанием в нем вредных га-

зов и паров. Количество этих вредностей в литрах обычно относят к 1 м3

воздуха. Содержание пыли в воздухе обычно измеряют в мг/м3 или в г/кг.

При расчете современных систем кондиционирования представляет

интерес содержание в воздухе положительно и отрицательно заряженных

ионов. Имеет значение также наличие пахнущих примесей, степень озонирования воздуха и пр.

 

8.I-d -диаграмма влажного воздуха

На основе системы уравнений, включающей зависимости (3.4), (3.5),

(3.6), а также функциональную связь рп.н = f (t), профессором Л.К. Рам-

зиным в 1918 г. была составлена I-d -диаграмма. Она является графической

зависимостью параметров, определяющих тепловлажностное состояние

воздуха, то есть температуры t, энтальпии I, влагосодержания d, относи-

тельной влажности φ и парциального давления рп.

I-d -диаграмма (рис. 3.1) построена в косоугольной системе коорди-

нат. Такая система позволяет расширить на диаграмме область ненасы-

щенного влажного воздуха, что делает ее удобной для графических по-

строений. По оси ординат отложены значения энтальпий I, кДж/кг, по оси

абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, – значения влагосодержа-

ний d, г/кг. Поле диаграммы разбито линиями постоянных энтальпий

I = const и влагосодержаний d = const.

На диаграмму нанесены также линии постоянных температур

t = const. В I-d -диаграмме изотермы не параллельны между собой, и чем

выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его

изотермы.

Кроме линий постоянных t, I и d, на поле диаграммы нанесены ли-

нии постоянных относительных влажностей воздуха j. Если положение

изотерм t = const и изоэнтальпий I = const в I-d -диаграмме практически не

зависит от барометрического давления рб, то положение кривых j = const

меняется с его изменением.

 

Значение рп.н, как было сказано ранее, зависит только от температу-

ры, поэтому, если при постоянных t и d изменить давление рб, то относи-

тельная влажность j будет изменяться прямо пропорционально рб. Таким

образом, при изменении давления отношение j/ рб остается постоянным.

Это положение позволяет использовать I-d-диаграмму, построенную для

одного давления рб, при других барометрических давлениях рб1. Значе-

ния потерь, которым при этом будут соответствовать линии j = const, оп-

ределяется уравнением

j1 / рб1 = j/ рб. (3.7)

В нижней части I-d -диаграммы расположена шкала парциального

давления водяного пара рп. По контуру I-d -диаграммы построена шкала

угловых коэффициентов e лучей процессов изменения состояния воздуха

(шкала тепловлажностных отношений).

Все поле диаграммы линией j = 100 % разделено на две части. Вы-

ше этой линии расположена область ненасыщенного влажного воздуха.

Линия j = 100 % соответствует состоянию воздуха, насыщенного водя-

ными парами. Ниже этой линии расположена область перенасыщенного

состояния воздуха (метастабильное состояние или состояние тумана).

В этой области наносят линии процессов изменения состояния воздуха,

связанных с расчетами воздушного холодильного цикла (в турбодетандере),

а также при использовании воздуха в состоянии тумана.

Каждая точка на поле диаграммы соответствует определенному теп-

ловлажностному состоянию воздуха. Положение точки определяется лю-

быми двумя из пяти (I, d, t, j, рп) параметрами состояния (за исключени-

ем сочетания влагосодержания d и парциального давления рп). Остальные

три параметра могут быть определены по I-d -диаграмме как производные.

Диаграмма удобна не только для определения параметров состояния воз-

духа, но и для построений изменения его состояния при нагревании, охла-

ждении, увлажнении, осушении, смешении, при произвольной последова-

тельности и сочетании этих процессов.

Кроме основных параметров воздуха, используемых при построении,

с помощью I-d -диаграммы можно найти еще два параметра, которые ши-

роко применяются в расчетах вентиляции и кондиционирования воздуха:

температуру точки росы р t и температуру мокрого термометра м t.

Температурой точки росы воздуха р t, º С, называется температура,

до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насы-

щенным при сохранении постоянного влагосодержания. В соответствии с

определением для отыскания температуры точки росы воздуха известного

состояния с помощью I-d-диаграммы через точку, характеризующую его

состояние, проводят линию d = const до пересечения с кривой j = 100 %.

Изотерма, проходящая через точку пересечения, соответствует значению

температуры точки росы воздуха.

Температурой мокрого термометра воздуха м t, º С, является такая

температура, которую принимает влажный воздух при достижении насы-

щенного состояния и сохранении постоянной энтальпии воздуха, равной

начальной. Через точку, соответствующую состоянию влажного воздуха,

проводят линию постоянной энтальпии до пересечения с кривой j = 100 %.

Изотерма, проходящая через точку пересечения, соответствует значению

температуры воздуха по мокрому термометру.

 

 

9, 10.Построение на I-d -диаграмме процессов изменения состояния влажного воздуха

При кондиционировании воздуха происходит изменение его тепло-

влажностного состояния, которое удобно прослеживать и рассчитывать с

помощью I-d -диаграммы. Процессы перехода воздуха из одного состояния

в другое на поле I-d -диаграммы изображаются отрезками, проходящими

через точки, соответствующие начальному и конечному состояниям влаж-

ного воздуха (рис. 3.2). Линия, проходящая

через эти две точки, характеризует изменение

тепловлажностного состояния воздуха и назы-

вается лучом процесса.

Положение луча процесса на I-d -

диаграмме определяют угловым коэффици -

ентом e. Если влажный воздух изменил свое

состояние от начальных значений I 1 и d 1 до

конечных значений I 2 и d 2, то можно запи-

сать отношение

Коэффициент e измеряется в кДж/кг влаги. Этот параметр называют

также тепловлажностным отношением, поскольку он показывает величину

приращения количества теплоты на 1 кг полученной (или отданной) возду-

хом влаги. Если начальные параметры воздуха различны, а значения e

одинаковы, то линии, характеризующие изменение состояния воздуха, па-

раллельны между собой.

Выражение (3.8) можно преобразовать, умножив числитель и знаме-

натель на расход воздуха G, кг/ч, участвующего в процессе:

где Q пизб – избытки явной теплоты, влияющие на изменение состояния воздуха, Вт; W – избытки влаги, влияющие на изменение состояния воздуха, кг/ч.

Конкретные значения e в диапазоне от 20000 до минус 10000 приве-

дены на поле I-d -диаграммы.

В зависимости от соотношения Δ I и Δ d угловой коэффициент e

может изменять свою величину и знак от 0 до ± ∞. На рис. 3.3 показаны

лучи процессов, соответствующие возможным изменениям e.

Рис. 3.3. Характерные случаи изменения состояния влажного воздуха

 

 

Рассмотрим характерные случаи изменения состояния влажного возду-

ха с использованием углового коэффициента луча процесса на I-d -диаграмме:

1. Влажный воздух, имеющий начальные параметры I 1, d 1, подверга-

ется нагреванию при неизменном влагосодержании, то есть d 1 = d 2 = const.

Точка 1 соответствует начальному состоянию воздуха, точка 2 – ко-

нечному (см. рис. 3.3). При нагревании воздуха повышается его темпера-

тура (t 2 > t 1), энтальпия (I 2 > I 1), понижается относительная влажность.

Величина тепловлажностного (углового) коэффициента при условии

I 2 > I 1 и d 1 = d 2

Луч процесса изображается вертикальной прямой, параллельной ли-

нии d = const, и направлен снизу вверх.

Нагревание при постоянном влагосодержании осуществляется, на-

пример, в воздухоподогревателях.

2. Влажный воздух поглощает одновременно теплоту и влагу (то

есть нагревается и увлажняется). Если начальное состояние воздуха опре-

деляется теми же параметрами I 1, d 1 (точка 1), а конечное состояние будет

определяться параметрами I 3, d 3 (точка 3), то при I 3 > I 1 и d 3 > d 1 направ-

ление луча процесса будет соответствовать направлению отрезка 1-3 (см.

рис. 3.3). Угловой коэффициент в этом случае

Такое изменение параметров влажного воздуха обычно происходит в

обслуживаемых помещениях. В этом случае воздух, обработанный в кон-

диционере, с параметрами I 1, d 1 поступает в помещение, где в результате

ассимиляции избытков теплоты и влаги приобретает параметры I 3, d 3.

3. Если в воздух подать пар, имеющий ту же температуру, что и

воздух по сухому термометру, то воздух будет увлажняться, не изменяя своей температуры. Этот процесс (1-4) называется процессом изотермического увлажнения (d 4 > d 1) и лежит он на линии t 1 = t 4 = const (см. рис. 3.3).

При кондиционировании воздуха используют процесс увлажнения воздуха острым паром, который обычно имеет температуру более 100 º С, то есть значительно отличающуюся от температуры воздуха, поэтому луч такого процесса идет с небольшим отклонением от изотермы в бό льшую сторону (процесс 1-4'). Приращение температуры воздуха при увлажнении его паром пропорционально энтальпии пара при вводе его в воздушную среду и дефициту влаги в воздухе. При введении в 1 кг воздуха 1 грамма пара при температуре 100 °С (теплоемкость пара 2, 04 кДж/кг・ К) и охлаждении его до 20 °С воздух подогревается на 0, 16 °С. Эта цифра может служить ориентиром при оценке температурного эффекта увлажнения воздуха паром.

4. Тонкий слой воды или ее капли при контакте с воздухом приоб-

ретают температуру, равную температуре мокрого термометра. При кон-

такте воздуха с водой, имеющей такую температуру, происходит процесс

адиабатного (изоэнтальпийного) увлажнения воздуха (процесс 1-5), то есть

влажный воздух поглощает влагу (d 5 > d 1) при неизменной энтальпии

(I 5 = I 1). Так как процесс происходит при постоянной энтальпии, то луч,

характеризующий это изменение состояния, параллелен линии I = const.

Величина углового коэффициента искомого луча

Адиабатное увлажнение широко применяется в системах кондицио-

нирования, в частности, в оросительной камере, где с помощью форсунок

производится распыление рециркуляционной воды, температура которой

равна температуре мокрого термометра м t.

 

5. Влажный воздух отдает теплоту (I 6 < I 1) при неизменном влаго-

содержании (d 1 = d 6 = const), т.е. процесс, как и в первом случае, будет ха-

рактеризоваться лучом, параллельным линии d = const, но направление его

будет от точки 1 не вверх, а вниз (см. рис. 3.3). Значение тепловлажностно-

го коэффициента

Охлаждение воздуха при d = const, как и нагревание, может быть

осуществлено в поверхностных теплообменниках.

При охлаждении луч может быть вертикально продолжен до точки

росы 6', расположенной на линии j = 100 %. Дальнейшее охлаждение бу-

дет идти по линии насыщения и сопровождаться конденсацией водяных

паров и осушкой воздуха (процесс 6'-6''). Процесс 1'-6'-6'' – процесс охлаж-

дения и осушения в поверхностных теплообменниках, являющихся испа-

рителями холодильной машины.

Это достаточно сложный процесс, не имеющий к настоящему време-

ни универсальных и надежных методик расчета. Это модель идеального

процесса, который имеет место только для слоев потока, непосредственно контактирующих с холодными поверхностями воздухоохладителя, то есть в пределах пограничного слоя. Современные воздухоохладители имеют хорошо организованные поверхности теплообмена с малыми расстояниями между ребрами. С достаточной степенью точности можно считать, что относительная влажность на выходе из них близка к 100 %. Этому способствует и то, что скорость движения воздуха в поперечном сечении кондиционера ограничивается условием снижения уноса капель. При снижении скорости движения воздуха увеличивается время контакта его с теплообменными поверхностями и повышается эффективность процесса.

 

6. Влажный воздух отдает теплоту (I 7 < I 1) и влагу (d 7 < d 1), т.е.

происходит охлаждение и осушка воздуха. Значение углового коэффици-

ента в этом случае

Приращение энтальпии (D I) и приращение влагосодержания (D d) имеют отрицательные знаки, поэтому направление процесса изменения со-

стояния будет характеризоваться отрезком 1-7, имеющим направление от

точки 1 к точке 7 (см. рис. 3.3). Такой процесс может происходить как в

камере орошения кондиционера, так и в других установках для обработки

воздуха. Для охлаждения и осушки воздуха в оросительной камере должна

установиться температура ниже точки росы р t, что достигается подачей к

распылительным форсункам охлажденной воды. Называется такой процесс

политропным.

7. Влажный воздух отдает влагу (d 8 < d 1) при постоянной энтальпии

(I 8 = I 1 = const), т.е. воздух осушается. При этом тепловлажностный коэф-

фициент

Приращение влагосодержания в этом случае будет отрицательным,

но направление луча процесса будет от точки 1 к точке 8 (см. рис. 3.3).

Процесс осушки воздуха при I = const можно осуществить с помо-

щью абсорбентов, например, концентрированных растворов солей хлори-

стого кальция, хлористого лития и др., а также с помощью адсорбентов,

например, силикагеля.

 

При кондиционировании в ряде случаев наружный воздух, подавае-

мый в помещение, смешивают с внутренним воздухом. Процесс смешения

воздуха на I-d -диаграмме изображается прямой, соединяющей точки со-

стояния воздуха смешиваемых масс (А - Б, см. рис. 3.3). Точка смеси С все-

гда располагается на этой прямой и делит ее на отрезки, обратно пропор-

циональные смешиваемым количествам воздуха. Если смешать воздух со-

стояния А в количестве G А с воздухом Б в количестве G Б, то будет спра-

ведливо соотношение

Общий расход воздуха, полученного в результате смешения, опреде-

лится как сумма расходов воздуха с параметрами А и параметрами Б, т.е.

G см = G А + G Б, (3.11)

и графически на I-d -диаграмме будет характеризоваться отрезком АБ

 


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.03 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал