Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
ТЕРМОДИНАМИКА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
5.1. Основные понятия, определения и соотношения, характеризующие термодинамические свойства влажного воздуха Влажный воздух, образующий атмосферу Земли, является смесью сухого воздуха и водяного пара. Сухой воздух — смесь 11 газов, основными из которых являются азот (75,5% массы воздуха), кислород (23,15%), аргон (1,286%) и диоксид углерода (0,04%). Давление атмосферного воздуха на уровне океана равно примерно 0,1 МПа. Температура атмосферного воздуха изменяется в интервале от –50°С до +50°С. При таких параметрах сухой воздух подчиняется законам идеального газа, и для него справедливо уравнение Клапейрона
и закон Дальтона
где pi — парциальные давления компонентов сухого воздуха. Водяной пар, находящийся во влажном воздухе, также хорошо подчиняется законам идеального газа. Так уравнение состояния для dпкг водяного пара, приходящегося на 1 кг сухого воздуха, имеет вид:
где рп — парциальное давление водяного пара, Па; vс.в — удельный объем сухого воздуха, м3/кг с.в.; d — количество пара, кг, содержащееся в 1 кг сухого воздуха (эту величину называют паросодержанием влажного воздуха); Rп=461,0 кДж/(кг·К) – удельная газовая постоянная водяного пара. Поскольку влажный воздух является смесью сухого воздуха и водяного пара и оба компонента подчиняются законам идеального газа, влажный воздух можно рассматривать как идеальный газ. Сложив уравнения (5.1) и (5.3), получим уравнение состояния влажного воздуха, отнесенное к 1 кг сухого воздуха
где рб=рс.в.+рп — барометрическое давление влажного воздуха, Па; Rвл.в=Rс.в+dRп = 287,1+461,0d — удельная газовая постоянная влажного воздуха, имеющая размерность Дж/(кг с.в.·К). В технике кондиционирования энтальпия сухого воздуха при температуре 0°С принимается равной нулю, а при других температурах рассчитывается из соотношения:
При этом теплоемкость ср с.в принимается равной 1,00485 кДж/(кг с.в.·К). Начало отсчета энтальпии водяного пара принято от состояния насыщенной жидкости при температуре 0°С. Поэтому энтальпия перегретого водяного пара рассчитывается из соотношения:
где ros=2501 кДж/кг – теплота парообразования водяного пара при 0°С; ср,п – изобарная теплоемкость пара, принимаемая равной 1,93 кДж/(кг·К). Энтальпия влажного воздуха рассчитывается из соотношения, полученного сложением уравнений (5.5) и (5.6), причем последнее умножается на d:
Здесь с'р,вл.в. = ср,с.в.+d·ср,п – теплоемкость влажного воздуха, отнесенная к одному кг сухого воздуха. В зависимости от соотношения температуры, влагосодержания и общего (барометрического) давления влажный воздух может находиться в трех состояниях: ненасыщенном, насыщенном и пересыщенном. Приведенные выше уравнения (5.1) – (5.7) справедливы лишь для гомогенных смесей, то есть для ненасыщенного и насыщенного влажного воздуха. Для характеристики состояния влажного воздуха используются также понятия влагосодержание, относительная влажность, абсолютная влажность и плотность влажного воздуха. Различают массовое и мольное влагосодержание. Массовым влагосодержанием (d) называется отношение массы влаги, содержащейся во влажном воздухе (Мводы) к массе сухого воздуха (Мвозд), то есть количество влаги, приходящейся на 1 кг сухого воздуха:
Мольное влагосодержание х — отношение числа молей влаги к соответствующему числу молей сухого воздуха:
или
Величины d и x, рассчитываемые из соотношений (5.8)–(5.10), характеризуют влажный воздух, в котором вода может находиться как в виде пара, так и в виде капель жидкости или кристаллов льда. Если влага в воздухе находится только в виде пара, то
Величина dп называется паросодержанием. В случае, когда влажный воздух находится при атмосферном давлении В,
Максимально возможное паросодержание ds насыщенного влажного воздуха при заданной температуре рассчитывается из соотношения:
Относительной влажностью называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к давлению насыщения водяного пара при данной температуре. Относительную влажность можно рассматривать также как отношение фактической плотности пара в смеси к плотности насыщенного пара при той же температуре
Значения φ выражаются в процентах (от 0 до 100%) либо в долях единицы. Уравнение (5.12) для расчета паросодержания ненасыщенного влажного воздуха может быть преобразовано с учетом соотношения (5.14) к виду:
Абсолютной влажностью называется масса водяного пара, содержащегося в одном м3 влажного воздуха. Плотность влажного воздуха (кг/м3) рассчитывается из уравнения:
где рп – парциальное давление водяных паров в Па. Для инженерных расчетов и анализа процессов тепломассообмена во влажном воздухе широкое применение нашла косоугольная тепловая диаграмма H, d влажного воздуха (рис. 5.1). На диаграмме нанесены изолинии основных параметров влажного воздуха: – прямые линии постоянных температур (изотермы t=idem), расходящиеся веером относительно изотермы 0°С (изотермы, соответствующие положительным температурам – восходящие прямые, а отрицательные – ниспадающие); – прямые линии постоянной энтальпии (изоэнтальпы H =idem) – прямые, наклоненные под углом примерно 45° к координатным осям H,d; – прямые вертикальные линии постоянного влагосодержания (d =idem); – кривые линии постоянной относительной влажности (изофиты φ=idem), включая линию состояния насыщенного влажного воздуха φ=100%; – линия парциальных давлений водяного пара, pп=f(t,d). Положение линии φ=100% зависит от полного давления влажного воздуха: чем оно больше, тем левее и круче располагается эта линия. Все процессы тепломассообмена во влажном воздухе изображаются на диаграмме H,d непрерывными линиями. Направление процесса тепломассообмена характеризуется уклоном процесса ε и/или коэффициентом влаговыпадения ξ. Уклон процесса рассчитывается из соотношения
Следовательно, ε является отношением полного изменения энтальпии влажного воздуха в процессе ΔH (полной теплоты) к соответствующему изменению влагосодержания Δd. Величина εизменяется от +∞ до -∞. Коэффициент влаговыпадения ξрассчитывается из соотношения
и является отношением полной теплоты в рассматриваемом процессе ΔH к ощутимой теплоте cр'·Δt, идущей на изменение температуры воздуха. Расчеты процессов тепломассообмена во влажном воздухе могут выполняться как аналитически (с помощью приведенных выше уравнений), так и графически (по диаграмме H,d). Аналитические методы расчета более точны, но громоздки, графические – менее точны, но более просты и наглядны. Изобарная теплоемкость влажного воздуха cр' в соотношении (5.18) при графическом методе решения задач принимается равной единице. При аналитическом решении необходимо учитывать зависимость теплоемкости от влажности и рассчитывать cр' из соотношения
где cр.с.ви cр,п – удельные изобарные теплоемкости сухого воздуха и водяного пара, кДж/(кг·К); dп – паросодержание воздуха, (кг пара/кг с.в.). Температурную зависимость теплоемкостей cр.с.ви cр,п можно не учитывать, так как температура воздуха в процессах тепломассообмена изменяется в сравнительно узких пределах. При тепловлажностной обработке воздуха наблюдается недорекуперация в соответствующих процессах, то есть воздух недоохлаждается (недонагревается) и/или недоосушается (недоувлажняется) по сравнению с температурой и влагосодержанием среды либо поверхности, с которой он взаимодействует. Это явление характеризуется коэффициентами охлаждения (нагрева) ηt, или осушения (увлажнения) ηd воздуха, рассчитываемыми из уравнений
где t1, t2 и d1, d2 – температура и влагосодержание воздуха на входе и выходе из аппарата для его обработки соответственно; tf, df – температура и влагосодержание воздуха, равновесного с параметрами поверхности аппарата или среды взаимодействия. Часто встречается процесс смешения двух или нескольких потоков воздуха, отличающихся по массе и состоянию. Такой процесс можно рассчитать с помощью диаграммы H,d. Пусть точка 1 характеризует воздух массой М1 с энтальпией Н1, а точка 2 – воздух массой М2 с энтальпией Н2 (рис.5.2). Тогда состояние воздуха после смешения этих потоков (точка 3) может быть определено из уравнений баланса теплоты и влаги
Решая совместно уравнения (5.22) и (5.23), находим
Это тождество определяет уравнение прямой линии, проходящей через три точки с координатами (Н1, d1; Н2, d2и Н3, d3). Таким образом, точка 3, характеризующая состояние смеси двух потоков, принадлежит прямой, соединяющей точки 1и 2. Точка 3 делит отрезок 1-2 на части, обратно пропорциональные массам смешиваемых потоков воздуха. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2018-05-10; просмотров: 300. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |