Термодинамічні параметри вологого повітря. Основні характеристики стану вологого повітря Процес охолодження повітря

стан вологого повітря визначається сукупністю параметрів: температурою повітря t в, відносною вологістю в%, швидкістю руху повітря V в м / с, концентрацією шкідливих домішок З мг / м 3, влагосодержанием d г / кг, теплосодержанием I кДж / кг.

Відносна вологість в частках або в% показує ступінь насиченості повітря водяними парами по відношенню до стану повного насичення і дорівнює відношенню тиску Р п водяної пари в ненасиченому вологому повітрі до парціального тиску Р п. Н. водяної пари в насиченому вологому повітрі при одній і тій же температурі і барометричному тиску:

d \u003d або d \u003d 623, г / кг, (1.2)

де В - барометричний тиск повітря, яка дорівнює загальній кількості парціальних тисків сухого повітря Р С.В. і водяної пари Р П.

Парціальний тиск водяної пари, що знаходяться в насиченому стані, залежить від температури:

КДж / кг, (1.4)

де з В - теплоємність сухого повітря, що дорівнює 1,005;

з П - теплоємність водяної пари, що дорівнює 1,8;

r - питома теплота пароутворення, що дорівнює 2500;

I \u003d 1,005t + (2500 + 1,8t) d * 10 -3, кДж / кг. (1.5)

I-d діаграма вологого повітря. Побудова основних процесів зміни стану повітря. Точка роси і мокрого термометра. Кутовий коефіцієнт і зв'язок його з надходженням тепла і вологи в приміщення

I-d діаграма вологого повітря - це основний інструмент для побудови процесів зміни його параметрів. I-d діаграма заснована на кількох рівняннях: теплосодержания вологого повітря:

I \u003d 1,005 * t + (2500 + 1,8 * t) * d / 1000, кДж / кг (1.6)

в свою чергу тиск водяної пари:

тиск водяної пари, що насичують повітря:

Па (Формула Фільнея), (1.9)

а - відносна вологість повітря,%.

У свою чергу в формулу 1.7 входить барометричний тиск Р бар, різний для різних районів будівництва, отже, для точного побудови процесів потрібно I-d діаграма для кожного району.

I-d діаграма (рис.1.1) має косокутну систему координат для збільшення робочої площі, що припадає на вологе повітря і лежить вище лінії \u003d 100%. Кут розкриття може бути різним (135 - 150Є).

I-d діаграма пов'язує воєдино 5 параметрів вологого повітря: тепло і вологовміст, температуру, відносну вологість і тиск водяної пари насичення. Знаючи два з них, по положенню точки можна визначити всі інші.

Основними характерними процесами на I-d діаграмі є:

Нагрівання повітря по d \u003d const (без збільшення вмісту вологи) рис.1.1, точки 1-2. В реальних умовах це нагрівання повітря в калорифері. Збільшується температура і теплосодержание. Зменшується відносна вологість повітря.

Охолодження повітря по d \u003d const. Точки 1-3 на рис.1.1 Цей процес відбувається в поверхневому повітроохолоджувачі. Зменшується температура і теплосодержание. Збільшується відносна вологість повітря. Якщо продовжити охолодження, то процес дійде до лінії \u003d 100% (точка 4) і, не перетинаючи лінію, піде уздовж неї, виділяючи вологу з повітря (точка 5) в кількості (d 4 -d 5) г / кг. На цьому явищі заснована осушення повітря. В реальних умовах процес не доходить до \u003d 100%, а остаточна відносна вологість залежить від початкової величини. За даними професора Кокоріна О.Я. для поверхневих повітроохолоджувачів:

max \u003d 88% при початковому поч \u003d 45%

max \u003d 92% при початковому 45%< нач 70%

max \u003d 98% при початковому поч\u003e 70%.

На I-d діаграмі процес охолодження і осушення позначається прямою лінією, що з'єднує точки 1 і 5.

Однак зустріч з \u003d 100% лінії охолодження по d \u003d const має свою власну назву - це точка роси. Відповідно до положення цієї точки легко визначається температура точки роси.

Ізотермічний процес t \u003d const (лінія 1-6 на рис 1.1). Всі параметри зростають. Збільшується і тепло, і вологовміст, і відносна вологість. В реальних умовах це зволоження повітря парою. Та невелика кількість явного тепла, яке вноситься паром, зазвичай не враховується при побудові процесу, т.к воно незначно. Однак таке зволоження досить енергоємне.

Адіабатний процес I \u003d const (лінія 1-7 на рис.1.1). Знижується температура повітря, збільшується вміст вологи і відносна вологість. Процес здійснюється при безпосередньому контакті повітря з водою, проходячи або через орошаемую насадку, або через камера форсунки.

При глибині зрошуваною насадки 100 мм можна отримати повітря з відносною вологістю \u003d 45% при початковій - 10%, насадка глибиною 200 мм дає \u003d 70%, а 300 мм - \u003d 90% (за даними блоккамер стільникового зволоження фірми ВЕЗА). Проходячи через камера форсунки, повітря зволожується до величини \u003d 90 - 95%, але зі значно більшими енерговитратами на розпорошення води, ніж в зрошуваних насадках.

Продовживши лінію I \u003d const до \u003d 100%, ми отримаємо точку (і температуру) мокрого термометра, це рівноважна точка при контакті повітря з водою.

Однак в апаратах, де відбувається контакт повітря з водою, особливо по адіабатичному циклу, можливе виникнення хвороботворної флори, і тому такі апарати заборонені для використання в ряді медичних і продовольчих галузей.

У країнах з жарким і сухим кліматом апарати на основі адіабатичного зволоження вельми поширені. Так, наприклад, в Багдаді при денній температурі в червні - липні 46єС і відносній вологості 10% такої кулер дозволяє знизити температуру припливного повітря до 23єС і при 10-20-кратному повітрообміні в приміщенні досягти внутрішньої температури 26єС і відносній вологості 60-70%.

При сформованій методиці побудови процесів на I-d діаграмі вологого повітря найменування реперних точок отримали наступну абревіатуру:

Н - точка зовнішнього повітря;

В - точка внутрішнього повітря;

К - точка після нагрівання повітря в калорифері;

П - точка припливного повітря;

У - точка повітря, що видаляється з приміщення;

Про - точка охолодженого повітря;

С - точка суміші повітря двох різних параметрів і мас;

ТР - точка роси;

ТМ - точка мокрого термометра, яка і буде супроводжувати всі подальші побудови.

При змішуванні повітря двох параметрів лінія суміші піде по прямій, що з'єднує ці параметри, а точка суміші буде лежати на відстані, назад пропорційному масам змішуваного повітря.

КДж / кг, (1.10)

Г / кг. (1.11)

При одночасному виділенні в приміщення надлишкового тепла і вологи, що зазвичай буває при знаходженні в приміщенні людей, повітря буде нагріватися і зволожувати по лінії, званої кутовим коефіцієнтом (або променем процесу, або тепловлажностной ставленням) е:

КДж / КГН 2 О, (1.12)

де? Q n - сумарна кількість повного тепла, кДж / год;

W - сумарна кількість вологи, кг / год.

При? Q n \u003d 0 е \u003d 0.

При? W \u003d 0 е\u003e? (Рис.1.2)

Таким чином, I-d діаграма по відношенню до внутрішнього повітрю (або до іншої точки) розбивається на чотири квадранта:

Iе від? до 0 - це нагрівання і зволоження;

IIе від 0 до -? - охолодження і зволоження;

IIIе від -? до 0 - охолодження і осушення;

IVе від 0 до? - нагрів і осушення - у вентиляції і кондиціонування не використовується.

Для точного побудови променя процесу на Id діаграмі, слід взяти значення е в кДж / гН 2 О, і відкласти на осі влагосодержание d \u003d 1, або 10 г, а на осі теплосодержание в кДж / кг відповідне е і отриману точку з'єднати з точкою 0 Id діаграми.

Процеси, які не є основними, називаються политропического.

Ізотермічний процес t \u003d const характеризується значенням е \u003d 2530 кДж / кг.

рис.1.1

рис.1.2 I-d діаграма вологого повітря. Основні процеси

Абсолютною вологістю повітря ρ п, кг / м, називають масу водяної пари, що міститься в 1 м 3 вологого повітря, т. е. абсолютна вологість повітря чисельно дорівнює щільності пара при даному парціальному тиску Р п і температурі суміші t.

Влагосодержанием називають відношення маси пара до маси сухого повітря, що міститься в тому ж обсязі вологого газу. Через малих значень маси пари у вологому повітрі вміст вологи виражають у грамах на 1 кг сухого повітря і позначають через d. Відносною вологістю φ називають ступінь насичення газу парою і виражають відношенням абсолютної вологості ρ п до максимально можливої \u200b\u200bпри тих же тисках і температурі ρ н.

Стосовно до довільного обсягу вологого повітря V, в якому міститься D п кг, водяної пари і L кг, сухого повітря при барометричному тиску Р б і абсолютній температурі Т можна записати:

(5.2)

(5.3)

(5.4)

Якщо вологе повітря розглядати як суміш ідеальних газів, для яких справедливий закон Дальтона, Р б \u003d Р в + Р п, і рівняння Клапейрона, PV \u003d G ∙ R ∙ T, то для ненасиченого повітря:

(5.5)

для насиченого повітря:

(5.6)

де D п, D н - маса пара в ненасиченому і насиченому станах повітря;
R п - газова постійна пара.

Звідки випливає:

(5.7)

З рівнянь стану, записаного для повітря і пара, отримують:

(5.9)

Співвідношення газових постійних повітря і пара становить 0,622, тоді:

Оскільки в процесах теплообміну за участю вологого повітря маса сухої його частини залишається незмінною, то при теплотехнічних розрахунках зручно користуватися ентальпії вологого повітря Н, віднесеної до маси сухого повітря:

де С в - середня питома теплоємність сухого повітря в інтервалі температур 0 ÷ 100 о С, (С в \u003d 1,005кДж / кг ∙ К); З п - середня питома теплоємність водяної пари (С п \u003d 1,807 кДж / кг ∙ К).

Зображення зміни стану вологого газу в промислових установках приведено на Н-d-діаграмі (рис. 5.3).

Н-d-діаграма - це графічне зображення при обраному барометричному тиску основних параметрів повітря (H, d, t, φ, Р п). Для зручності практичного використання Н-d-діаграми застосовують косокутну систему координат, в якій лінії Н \u003d const розташовані під кутом в \u003d 135 о к вертикалі.

Малюнок 5.3 - Побудова ліній t \u003d const, Р п і φ \u003d 100% в H-d-діаграмі

Точка а відповідає Н \u003d 0. Від точки а вниз відкладають в прийнятому масштабі вгору позитивне значення ентальпії, вниз - негативне, відповідне від'ємних показників температур. Для побудови лінії t \u003d const використовують рівняння Н \u003d 1,0t + 0,001d (2493 + 1,97t). Кут α між изотермой t \u003d 0 і ізоентальпой Н \u003d 0 визначають з рівняння:

Звідси α≈45 °, а ізотерма t \u003d 0 ° С являє собою горизонтальну лінію.

При t\u003e 0 кожну ізотерму будують за двома точками (ізотерми t 1 по точкам б і в). З ростом температури складова ентальпії збільшується, що призводить до порушення паралельності ізотерм.

Для побудови лінії φ \u003d const наносять в певному масштабі лінію парціальних тисків пара в залежності від вмісту вологи. Р п залежить від барометричного тиску, тому діаграму будують для Р б \u003d const.

Лінію парціального тиску будують за рівнянням:

(5.11)

Переймаючись значеннями d 1, d 2, і визначаючи Р п1 Р п2 знаходять точки г, д ..., поєднуючи які, отримують лінію парціального тиску водяної пари.

Побудова ліній φ \u003d const починають з лінії φ \u003d 1 (Р п \u003d P s). Використовуючи термодинамічні таблиці водяної пари, знаходять для декількох довільних температур t 1, t 2 ... відповідні значення P s 1, P s 2 ... Точки перетину ізотерм t 1, t 2 ... з лініями d \u003d const, відповідними P s 1, P s 2 ..., визначають лінію насичення φ \u003d 1. Область діаграми, що лежить вище кривої φ \u003d 1, характеризує ненасичений повітря; область діаграми нижче φ \u003d 1 характеризує повітря, що знаходиться в насиченому стані. Ізотерми в області нижче лінії φ \u003d 1 (в області туману), зазнають злам і мають напрямок, що збігається з Н \u003d const.

Переймаючись різної відносною вологістю і обчислюючи при цьому P п \u003d φP s, будують лінії φ \u003d const аналогічно побудові лінії φ \u003d 1.

При t \u003d 99,4 о С, що відповідає температурі кипіння води при атмосферному тиску, Криві φ \u003d const зазнають злам, оскільки при t≥99,4 о С P п max \u003d P б. якщо , То ізотерми відхиляються вліво від вертикалі, а якщо , Лінії φ \u003d const будуть вертикальні.

При нагріванні вологого повітря в рекуперативному ТА збільшується його температура, ентальпія, зменшується відносна вологість. Співвідношення мас вологи і сухого повітря при цьому залишається незмінним (d \u003d const) - процес 1-2 (рис. 5.4 а).

У процесі охолодження повітря в рекуперативному ТА температура і ентальпія знижуються, відносна вологість підвищується, а вміст вологи d залишається незмінним (процес 1-3). При подальшому охолодженні повітря досягне повного насичення, φ \u003d 1, точка 4. Температура t 4 називається температурою точки роси. При зниженні температури від t 4 до t 5 конденсуються (частково) водяні пари, утворюється туман, знижується вміст вологи. При цьому стан повітря буде відповідати насиченню при даній температурі, т. Е. Процес буде йти по лінії φ \u003d 1. З повітря видаляється крапельна волога d 1 - d 5.

Малюнок 5.4 - Основні процеси зміни стану повітря в H-d- діаграмі

При змішуванні повітря двох станів ентальпія суміші Н см:

Кратність змішання к \u003d L 2 / L 1

а ентальпія
(5.13)

У H-d-діаграмі точка суміші лежить на прямій, що з'єднує точки 1 і 2 при k → ~ H см \u003d H 2, при до → 0, H см → H 1. Можливий випадок, коли стан суміші виявиться в області пересичені стану повітря. В цьому випадку утворюється туман. Точка суміші виноситься по лінії H \u003d const на лінію φ \u003d 100%, частина крапельної вологи Δd випадає (рис. 5.4 б).

навколишній нас атмосферне повітря є сумішшю газів. Він практично завжди буває вологим. Водяна пара, на відміну від інших складових суміші, можуть перебувати в повітрі, як в перегрітому, так і в насиченому стані. Зміст водяної пари в повітрі змінюється, як в процесі вологості обробки його в припливних вентиляційних системах і кондиціонерах, так і при асиміляції повітрям виділень вологи в приміщенні. Суха частина вологого повітря зазвичай містить (за об'ємом): близько 75% азоту, 21% кисню, 0,03% вуглекислоти і незначна кількість інертних газів-аргон, неон, гелій, ксенон, криптон), водню, озону та інших. Зазначені компоненти газової суміші повітря складають його суху частину, інша частина повітряної маси це водяні пари.

Повітря розглядається як суміш ідеальних газів, Що дозволяє використовувати закони термодинаміки для отримання розрахункових формул.

Відповідно до закону Дальтона, кожен газ суміші, що становить повітря, займає свій обсяг, має своє парціальний тиск

P i ,

і має однакову температуру з іншими газами цієї суміші.

Увага! Важливе визначення:

Сума парціальних тисків кожного зі складових суміші дорівнює повному барометричному тиску повітря.

B \u003d Σ Р i, Па.

Розглянемо поняття, що таке парціальний тиск ?

парціальний тиск - це тиск, який мав би газ, що входить до складу цієї суміші, якби він перебував в тій же кількості, в тому ж обсязі і при тій же температурі, що і в суміші.

У розрахунках вентиляції вологе повітря ми розглядаємо як бінарну суміш, тобто суміш двох газів, яка складається з водяної пари і сухої частини повітря. Суху частина повітря ми умовно приймаємо однорідним газом.

Таким чином, барометричний тиск дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря P С.В. і водяної пари P п , Тобто,

B \u003d P С.В. + P п

При звичайних умовах в приміщенні, коли тиск водяної пари Р п приблизно дорівнює 15 мм. рт. ст., частка другого члена P С.В. у формулі барометричного тиску, що враховує різницю щільності вологого і сухого повітря, при інших рівних умовах становить всього 0,75% величини щільності сухого повітря ρ С.В. . Тому в наших інженерних розрахунках вважається, що

ρ пов. \u003d Ρ С.В.

ρ пов. \u003d Ρ С.В.

При зміні вологості повітря в вентиляційних процесах маса його сухої частини залишається незмінною. Виходячи з цього, прийнято відносити масу водяної пари, що містяться в повітрі, до 1 кг. сухої частини повітря.

Перейдемо безпосередньо до тих фізичним величинам, які визначають параметри вологого повітря. Саме сукупність цих параметрів визначає стан вологого повітря:

це величина, що характеризує ступінь нагретости тіла. Вона являє собою міру середньої кінетичної енергії поступального руху молекул. В даний час використовується температурна шкала Цельсія і термодинамічна шкала температур Кельвіна, яка заснована на другому законі термодинаміки. Між температурами, вираженими в градусах Кельвіна і градусах Цельсія, є співвідношення, а саме:

T, K \u003d 273,15 + t ° C

Важливо відзначити, що параметром стану є абсолютна температура, виражена в Кельвіна, але градус абсолютної шкали чисельно дорівнює градусу Цельсія, тобто

dT \u003d dt.

Вологість повітря характеризується масою міститься в ньому водяної пари. Масу водяної пари в грамах, що припадає на 1 кг сухої частини вологого повітря, називають влагосодержанием повітря d, г / кг.

величина d дорівнює:

де: B - барометричний тиск, що дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря.
P С.В. і водяної пари P п ;
P п - парціальний тиск водяної пари в ненасиченому вологому повітрі.

величина φ дорівнює відношенню парціального тиску водяної пари в ненасиченому вологому повітрі P п. до парціального тиску водяної пари в насиченому вологому повітрі P н.п. при одній і тій же температурі і барометричному тиску, тобто,

При відносній вологості 100% повітря повністю насичений водяними парами, і його називають насиченим вологим повітрям , А водяні пари, що містяться в цьому повітрі, знаходяться в насиченому стані.

якщо φ < 100%, то повітря містить водяні пари в перегрітому стані і його називають ненасиченим вологим повітрям .

Тиск водяної пари, що знаходиться в насиченому стані, залежить тільки від температури. Його величину визначають експериментальним шляхом і призводять в спеціальних таблицях. Є ряд формул, аппроксимирующих залежність Pн.п. в па або в мм. рт. ст. від температури в t ° C.

Наприклад, для області позитивних температур від 0 ° C і вище тиск насиченої водяної пари в Па, приблизно виражається залежністю:

P н.п. \u003d 479 + (11,52 + 1,62 t) 2, Па

Користуючись поняттям відносної вологості φ , Вологовміст повітря можна визначити як

Для вентиляційних процесів діапазон температур це величина постійна і дорівнює

З с.в. \u003d 1,005 кДж / (кг × ° C).

У звичайних для вентиляційних процесів в діапазоні температур цю величину можна вважати постійною і рівною

З п \u003d 1,8 кДж / (кг × ° C).

J С.В. \u003d С С.В. × t,

де: t - температура повітря, в ° C.

Ентальпію сухого повітря J С.В. при t \u003d 0 ° C приймають рівною 0.

для води при t \u003d 0 ° C дорівнює 2500 кДж / кг.

в повітрі при довільній температурі t, становить

J п \u003d 2500 + 1,8 t.

складається з ентальпії сухої його частини і ентальпії водяної пари.

ентальпія J вологого повітря, віднесена до 1 кг сухої частини вологого повітря, в кДж / кг, При довільній температурі t і довільному влагосодержании d, Дорівнює:

де: 1,005 – C С.В. теплоємність сухого повітря, _кДж / (кг × ° С);
2500 – r питома теплота пароутворення, кДж / (кг × ° С);
1,8 – C п теплоємність водяної пари, кДж / (кг × ° С).

Якщо повітря передає явне тепло, Він нагрівається, тобто його температура підвищується. При нагріванні вологого повітря ентальпія змінюється в результаті зміни температури сухої частини повітря і водяної пари. При надходженні в повітря водяної пари з тією ж температурою від зовнішніх джерел (ізотермічний зволоження парою), йому передається прихована теплота пароутворення. Ентальпія вологого повітря при цьому також зростає, тому що до ентальпії сухої частини повітря додається ентальпія водяної пари. Температура повітря при цьому майже не змінюється, що і послужило причиною введення цього терміна - прихована теплота.

У загальному випадку, ентальпія вологого повітря складається з явної та прихованої теплоти, тому ентальпію іноді називають повною теплотою.

Для подальших розрахунків систем вентиляції та кондиціонування нам будуть потрібні наступні основні параметри вологого повітря:

• температура t в , ° С ;
• влагосодержание d в , г / кг ;
• відносна вологість φ в , % ;
• теплосодержание J в , кДж / кг ;
• концентрація шкідливих домішок З , мг / м 3 ;
• швидкість руху V в , м / сек.

В атмосферному повітрі завжди міститься та чи інша кількість вологи у вигляді водяної пари. Така суміш сухого повітря з водяною парою називається вологим повітрям. Крім водяної пари, вологе повітря може містити дрібні крапельки води (у вигляді туману) або кристали льоду (сніг, крижаний туман). Водяна пара у вологому повітрі може бути в насиченому або перегрітому стані. Суміш сухого повітря і водяної пари називають насиченим вологим повітрям. Суміш сухого повітря і перегрітої водяної пари називають ненасиченим вологим повітрям. При невисоких (близьких до атмосферного) тиску, з достатньою для технічних розрахунків точністю, можна розглядати і сухе повітря, і водяна пара як ідеальні гази. При розрахунках процесів з вологим повітрям зазвичай розглядається 1 кг сухого повітря. Змінною величиною є кількість міститься в суміші пара. Тому всі удільні величини, що характеризують вологе повітря, відносяться до 1 кг сухого повітря (а не до суміші).

Термодинамічні властивості вологого повітря характеризуються такими параметрами стану: температурою сухого термометра t с; влагосодержанием d, ентальпії I, відносною вологістю φ. Крім того, в розрахунках використовують і інші параметри: температуру мокрого термометра t м, температуру точки роси t р, щільність повітря ρ, абсолютну вологість е, парціальний тиск водяної пари р п.

температура -термодинамічна величина, яка визначає ступінь нагретости тіла. В даний час застосовують різні температурні шкали: Цельсія (t, ºС), Кельвіна (T, К), Фаренгейта (f, ºF) і ін. Співвідношення між показаннями за цими шкалами визначаються за наступними рівняннями:

T К \u003d t ºС +273,

t ºС \u003d 5/9 (f ºF - 32),

f ºF \u003d 9/5 t ºС +32.

тиск атмосферного повітря р б (Па) дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря р с.в і водяної пари р п (закон Дальтона):

р б \u003d р с.в + р п. (1)

Парціальний тиск водяної пари, що знаходиться в атмосферному повітрі, визначають за формулою:

р п \u003d φ · р н, (2)

де φ - відносна вологість повітря,%; · р н - тиск насичення, визначається за таблицями насиченої водяної пари при відповідній температурі, Па.

щільність атмосферного повітря дорівнює сумі густин сухого повітря і водяної пари:

ρ \u003d ρ с.в + ρ п. (3)

Застосовуючи рівняння стану ідеального газу:, отримаємо:

(4)

де R с.в \u003d 287 Дж / (кг · К) - питома газова стала сухого повітря;

R п \u003d 463 Дж / (кг · К) - питома газова стала водяної пари.

При атмосферному тиску р б \u003d 101,325 кПа щільність сухого повітря дорівнює:

. (5)

При t \u003d 0 ºС і р б \u003d 101,325 кПа щільність сухого повітря ρ с.в \u003d 1,293 кг / м 3.

Щільність атмосферного повітря дорівнює:

. (6)

З рівняння (6) видно, що атмосферне (вологий) повітря легше сухого повітря при тих же температурах і тисках, а збільшення вмісту водяної пари в повітрі зменшує його щільність. Так як відмінність в значеннях ρ с.в і ρ незначно, то в практичних розрахунках приймають ρ ≈ ρ С.В.

Вологість.Розрізняють абсолютну вологість, вологовміст і відносну вологість.

абсолютна вологість е - це маса водяної пари (кг), що міститься в 1 м 3 вологого повітря. Абсолютна вологість може бути виражена у вигляді щільності пара в суміші при своєму парціальному тиску і температурі суміші і визначається за формулою:

. (7)

Максимально можлива абсолютна вологість відповідає стану насичення і називається влагоемкостью.

Використовуючи рівняння стану ідеального газу, отримаємо:

Відносна вологість повітря φ дорівнює відношенню абсолютної вологості повітря ρ п до максимально можливої \u200b\u200bабсолютної вологості ρ н (влагоемкости) при даній температурі. Вона показує ступінь насиченості повітря водяними парами по відношенню до стану повного насичення. Для ідеальних газів відношення щільності можна замінити відношенням парціальних тисків компонентів.

Відносна вологість визначається за формулою:

. (10)

при φ< 100% воздух ненасыщенный, при φ = 100% воздух полностью насыщен водяными парами, и его называют насыщенным.

Ступінь насичення повітря Ψ є ставлення вологовмісту ненасиченого і насиченого повітря і визначається за формулою:

. (11)

теплоємністьвологого повітря зазвичай відноситься до (1 + d) кг вологого повітря і визначається за формулою:

з в \u003d з с.в + d · з п, (12)

де з с.в і з п - питома теплоємність при постійному тиску відповідно сухого повітря і водяної пари, кДж / (кг · К).

Для інтервалу температур від мінус 50 ° С до 50 ° С питомі теплоємності сухого повітря і пара можна вважати постійними: з с.в \u003d 1,006 кДж / (кг · К), з п \u003d 1,86 кДж / (кг · К).

ентальпія вологого повітря визначається як ентальпія газової суміші, що складається з 1 кг сухого повітря і d кг водяної пари, і визначається за формулою:

I \u003d i с.в + d · i п (13)

де i с.в - питома ентальпія сухого повітря, кДж / кг; i п - питома ентальпія водяної пари, що міститься у вологому повітрі кДж / кг.

Ентальпії сухого повітря і водяної пари визначаються за формулами:

i с.в \u003d з с.в · t \u003d 1,006 · t, (14)

i п \u003d r + з п · t. (15)

де r - прихована теплота пароутворення при парціальному тиску водяної пари в суміші, кДж / кг.

Прихована теплота пароутворення r для значень t Н від 0 ° С до 100 ° С може бути виражена формулою:

r \u003d 2500 - 2,3 t н.

При розрахунку ентальпії сумішей завжди дуже важливо мати один і той же початок відліку ентальпій кожного компонента. За початок відліку візьмемо ентальпію при t \u003d 0 ºС і d \u003d 0. Для атмосферного повітря ентальпія визначає кількість теплоти, яке потрібно підвести до повітря, суха частина якого має масу 1 кг, щоб змінити його стан від початкового (I \u003d 0 кДж / кг ) до даного. Ентальпія може бути позитивною і негативною.

Підстановка отриманих співвідношень в формулу (13) приводить її до виду:

Температура точки роси t р - це температура повітря, до якої необхідно охолодити ненасичений вологе повітря, щоб міститься в ньому перегрітий пар став насиченим. При подальшому охолодженні вологого повітря (нижче температури точки роси) відбувається конденсація водяної пари.

Температура мокрого термометра. Для вимірювання вологості часто застосовують прилад, званий психрометром. Він складається з двох термометрів - сухого і мокрого. Мокрий термометр відрізняється тим, що чутливий елемент обгорнутий тканиною, змоченою водою. Сухий термометр показує температуру вологого повітря, його свідчення називають температурою сухого термометраt с. Мокрий термометр показує температуру води, що міститься в мокрої тканини. При обдувании мокрого термометра повітрям відбувається випаровування води з поверхні мокрої тканини. Оскільки на випаровування вологи витрачається теплота пароутворення, температура вологої тканини буде знижуватися, тому такий термометр завжди показує більш низьку температуру, ніж сухий термометр. При наявності різниці температур між повітрям і водою виникає тепловий потік від повітря до води. Коли теплота, одержувана водою від повітря, стає рівною теплоті, що витрачається на випаровування, збільшення температури води припиняється. Цю рівноважну температуру називають температурою мокрого термометраt м . Якщо в деякий об'єм повітря надходить вода при температурі t м, то за рахунок випаровування частини цієї води через деякий час повітря стає насиченим. Такий процес насичення називається адіабатних. При цих умовах вся теплота, що підводиться від повітря до води, витрачається тільки на випаровування, а потім знову повертається з парою назад в повітря.

I-d діаграма вологого повітря

Діаграма вологого повітря дає графічне представлення про зв'язок параметрів вологого повітря і є основною для визначення параметрів стану повітря і розрахунку процесів обробки їх.

У I-d діаграмі (рис. 2) по осі абсцис відкладається влагосодержание d г / кг сухого повітря, а по осі ординат - ентальпія I вологого повітря. На діаграмі нанесені вертикальні прямі постійного вологовмісту (d \u003d const). За початок відліку прийнята точка О, в якій t \u003d 0 ° С, d \u003d 0 г / кг і, отже, I \u003d 0 кДж / кг. При побудові діаграми використана Косокутна система координат для збільшення області ненасиченого повітря. Кут між напрямком осей 135 ° або 150 °. Для зручності користування під кутом 90º до осі ентальпій проводять умовну вісь вологовмісту. Діаграма будується для постійного барометричного тиску. Користуються I-d діаграмами, побудованими для атмосферного тиску р б \u003d 99,3 кПа (745 мм.рт.ст) і атмосферного тиску р б \u003d 101,3 кПа (760 мм.рт.ст).

На діаграму нанесені ізотерми (t з \u003d const) і криві відносної вологості (φ \u003d const). Рівняння (16) показує, що ізотерми в I-d діаграмі - прямі лінії. Все поле діаграми лінією φ \u003d 100% розділене на дві частини. Вище цієї лінії розташована область ненасиченого повітря. На лінії φ \u003d 100% перебувають параметри насиченого повітря. Нижче цієї лінії розташовуються параметри стану насиченого повітря, що містить зважену крапельну вологу (туман).

Для зручності роботи в нижній частині діаграми будується залежність, наносять лінію парціального тиску водяної пари р п від вмісту вологи d. Шкала тисків розташовується з правого боку діаграми. Кожна точка на I-d діаграмі відповідає певному стану вологого повітря.

Визначення параметрів вологого повітря по I-d діаграмі.Метод визначення параметрів показаний на рис. 2. Положення точки А визначається двома параметрами, наприклад, температурою t А і відносною вологістю φ А. Графічно визначаємо: температуру сухого термометра t с, вміст вологи d А, ентальпію I А. Температура точки роси t р визначається як температура точки перетину лінії d А \u003d const з лінією φ \u003d 100% (точка Р). Параметри повітря в стані повного насичення вологою визначаються на перетині ізотерми t А з лінією φ \u003d 100% (точка Н).

Процес зволоження повітря без підведення і відведення теплоти буде проходити при постійній ентальпії I А \u003d const ( процес А-М). На перетину лінії I А \u003d const з лінією φ \u003d 100% (точка М) знаходимо температуру мокрого термометра t м (лінія постійної ентальпії практично збігається з ізотермою
t м \u003d const). У ненасиченому вологому повітрі температура мокрого термометра менше температури сухого термометра.

Парціальний тиск водяної пари p П знаходимо, провівши з точки А лінію d А \u003d const до перетину з лінією парціального тиску.

Різниця температур t з - t м \u003d Δt пс називається психрометричні, а різниця температур t з - t р гігрометріческой.

вологим повітрямназивається суміш сухого повітря з водяною парою. Фактично атмосферне повітря завжди містить деяку кількість водяної пари, тобто є вологим.

Водяна пара, що міститься в повітрі, зазвичай знаходиться в розрідженому стані і підпорядковується законам для ідеального газу, що дозволяє застосовувати ці закони і для вологого повітря.

Стан пара в повітрі (перегрітий або насичений) Визначається величиною його парціального тиску p, Яке залежить від загального тиску вологого повітря p і парціального тиску сухого повітря p:

насичене повітря– повітря з максимальним вмістом водяної пари при даній температурі.

Абсолютна вологість повітря - маса водяної пари, що міститься

в 1 мвологого повітря (щільність пара) при його парціальному тиску і температурі вологого повітря:

Відносна вологість повітря - відношення дійсної абсолютної вологості повітря до абсолютної вологості насиченого повітря при тій же температурі:

При постійній температурі тиск повітря змінюється пропорційно його щільності (закон Бойля - Маріотта), тому відносна вологість повітря може бути визначена також і за рівнянням:

де p- тиск насичення повітря при даній температурі;

p- парціальний тиск пари при даній температурі:

Для сухого повітря \u003d 0, для насиченого - \u003d 100%.

Точка роси - температура t, При якій тиск пари pстає рівним тиску насичення p. При охолодженні повітря нижче точки роси водяні пари конденсуються.

повітря (11.5)

Використовуючи рівняння стану ідеального газу для компонентів вологого повітря (пара і сухого повітря), залежності (11.2), (11.3) і (11.5), а також молекулярні маси повітря (\u003d 28,97) і пара (\u003d 18,016), отримують розрахункову формулу :

повітря (11.6)

Для випадку, коли вологе повітря знаходиться при атмосферному тиску ,: p \u003d B.

Теплоємність вологого повітря при постійному тиску визначається як сума теплоємностей 1 кг сухого повітря і d, кг водяної пари:

(11.7)

У розрахунках можна прийняти:

Ентальпія вологого повітря при температурі t визначається як сума ентальпій 1 кг сухого повітря і d, кг водяної пари:

тут r - прихована теплота пароутворення, що дорівнює ~ 2500 кДж / кг. Таким чином, розрахункова залежність для визначення величини ентальпії вологого повітря набуває вигляду:

(11.9)

Примітка: величина I відноситься до 1 кг сухого повітря або до (1+ d) кгвологого повітря.

У технічних розрахунках для визначення параметрів вологого повітря зазвичай використовується I-d діаграма вологого повітря, запропонована в 1918 році професором Л.К. Рамзіна.

В I-d діаграмі (див. рис. 11.2) графічно пов'язані основні параметри, що визначають тепловлажностной стан повітря: температура t, Відноси-кові вологість повітря, вміст вологи d, ентальпія I, Парціальний тиск пара P, Що міститься в пароповітряної суміші. Знаючи два будь-яких параметра, можна знайти інші на перетині відповідних

ліній I - d-діаграмми.

2. Схема лабораторної установки (приладу )

відносну вологість повітря в лабораторній роботі визначають за допомогою психрометра типу: «Гигрометр психрометрический ВІТ-1».

Психрометр (рис. 11.1) складається з двох однакових термометрів:

«Сухого» - 1 і «самочинного» - 2. Змочування кульки термометра 2 здійснюється за допомогою батистової гніту 3, опущеного в посудину 4 з водою.

2 1

3 t

4tі вологістю повітря φ для даного приладу встановлена \u200b\u200bекспериментальним шляхом. За результатами експериментів складена спеціальна Психрометричний таблиця (паспорт), поміщена на лицьовій панелі лабораторного психрометра.

На інтенсивність випаровування істотно впливає швидкість обтікання батистової гніту повітрям, що вносить похибка в показання звичайного психрометра. Ця похибка враховується в розрахунках введенням поправок відповідно до паспорта приладу.

Примітка:від розглянутого нестачі вільний психрометр серпня, В якому обидва термометра (сухий і змочений) обдуваются з постійною швидкістю потоком повітря, створюваним вентилятором з пружинним двигуном.