9.5 Основные процессы влажного воздуха

Рассмотрим некоторые из характерных процессов с влажным воздухом, которые находят широкое применение в технике различных отраслей.

Процесс нагревания воздуха (рис.9.2) в i, d – диаграмме изображается вертикальной линией , так как количество водяного пара в воздухе при его подогреве остается без изменения. Линия АВ на рисунке перпендикулярна оси .

Рис. 9.2 Процесс нагревания на

i, d - диаграмме

Состояние влажного воздуха после подогрева (точка В) можно определить по температуре воздуха за подогревателем или по величине приращения энтальпии . В процессе подогрева относительная влажность уменьшается. А энтальпия влажного воздуха возрастает.

Рис 9.3 Процесс охлаждения влажного

воздуха

Процесс охлаждения воздуха (рис. 9.3) происходит также без изменения его влагосодержания, если при этом воздух не становится насыщенным. В том случаи, когда процесс проходит до состояния полного насыщения , т. е. до пересечения линии и линии , то влажный воздух достигает точки росы. В этом состоянии пар становиться насыщенным. Дальнейшее его охлаждение приводит к конденсации части пара, то есть к выпадению влаги и появлению тумана или росы.

Если ее отводить то воздух осушается, продолжая оставаться насыщенным. Количество сконденсированной влаги будет равно разности влагосодержания в точке E и F.

Процесс адиабатного увлажнения воздуха (рис. 9.4) при испарении влаги, имеющей температуру , происходит за счет внутренней энергии влажного воздуха без теплообмена с окружающей средой. При этом влагосодержание воздуха возрастает. А его температура снижается. Однако энтальпия влажного воздуха при этом остается без изменения, так как ее часть, затраченная на испарение влаги, возвращается вновь во влажный воздух с испарившейся влагой. На i, d – диаграмме процесс адиабатного увлажнения будет протекать по линии (процесс - ). При этом пределом охлаждения будет температура, соответствующая полному насыщению воздуха влагой в паровой фазе, то есть . Температура при которой воздух охлаждаясь при постоянной энтальпии становиться насыщенным называется температурой адиабатного насыщения или температурой мокрого температура .

Рис. 9.4 Процесс адиабатного увлажнения

воздуха

На i, d – диаграмме температуру мокрого термометра в состоянии С находят по изотерме, проходящей через точку пересечения линии постоянной энтальпии влажного воздуха данного состояния с кривой (точка k).

Если испарение происходит с поверхности воды, имеющей  , то этот процесс происходит не по , а по линиям , которые являются геометрическим местом точек, имеющих одинаковую температуру мокрого термометра.

Эти линии проходят несколько более полого линий . Методика построения линий выходит за рамки настоящего курса.

Процесс смешения двух потоков влажного воздуха (рис. 9.5) можно так же рассмотреть графическим анализом с использованием i, d – диаграммы. Пусть в камеру смешения поступают два потока влажного воздуха с состояниями, характеризующимися точками 1 и 2 с соответствующими параметрами и массами . Состояние влажного воздуха после смешения можно найти, воспользовавшись уравнениями баланса влаги и энтальпии (энергии).

Рис. 9.5 Диаграмма процесса смешения

Решая записанные уравнения совместно, получим

После преобразований уравнение можно свести к виду

Следовательно, процесс смешения изображается прямой линией, проходящей через точки 1 и 2. Если расстояние между точками 1 и 2 разделить обратно пропорционально их массам , то получим точку С, характеризующую состояние смеси влажного воздуха с параметрами и .

9.6 Процессы в конвективной сушилке

Сушкой называется процесс удаления влаги из материала с помощью подвода к нему теплоты, осуществляемый в сушилках. В зависимости от способа подвода теплоты сушилки подразделяются на конвективные, радиационные и контактные, а так же использующие для нагрева токи высокой частоты и токи СВЧ. Наибольшее распространение получили конвективные сушилки, в которых тепло передается высушиваемому материалу газообразным теплоносителем, чаще всего воздухом, за счет конвекции.

Рассмотрим процессы, протекающие в теоретической сушилке, в которой отсутствуют потери тепла в окружающую среду и на нагрев высушиваемого материала, температура которого на входе и выходе из сушилки равна _.

Элементами конструкции сушильной камеры являются: 1 –вентилятор, 2 – подогреватель воздуха, 3 – сушильная камера, в которой происходит испарение влаги из высушиваемого материала.

Рис. 9.6 Изменение параметров сушильного агента-воздуха в аппарате осушки.

Рис. 9.7 i, d – диаграмма процесса сушки

Процесс подогрева воздуха в калорифере происходит при неизменном влагосодержании , вертикаль 1-2 на диаграмме (рис. 9.7). При этом возрастает температура сушильного агента – воздуха, его энтальпия с и уменьшается относительная влажность с . Очевидно, что разность ординат соответствует расходу теплоты на подогрев  кг влажного воздуха. После калорифера нагретый воздух подается в сушильную камеру, где им испаряется влага из осушиваемого материала, а он самоувлажняется по изоэнтальпийному процессу 2-3. Разность влагосодержаний , определяет количество влаги, испаренной одним килограммом сухого воздуха.

9.7 Примеры решения задач на влажность

Пример 1

Заданы температура воздуха 49 ºС и относительная влажность . Определить остальные параметры, если барометрическое давление

ДАНО

Анализ

Задача из раздела влажный воздух. Необходимо по заданным параметрам найти остальные, характерные для влажного воздуха величины. Для решения задачи лучше всего воспользоваться i, d – диаграммой инженера Рамзина.

Решение

Искомое состояние влажного воздуха находится как точка пересечения линии . На рисунке она отмечена буквой Е.

пр

Истинная температура мокрого термометра есть температура адиабатного насыщения воздуха, а этот процесс характеризуется постоянством температуры насыщающей жидкости .

Проводим из Е прямую до пересечения с линией , точка А. Параллельно линии проводим линию до пересечения с осью энтальпии и находим (пунктирная линия) температуру мокрого термометра . Энтальпию находим проводя из точки Е линию под углом 45º вверх до пересечения с осью ординат и находим искомую энтальпию . Влагосодержание d находится в точке пересечения вертикали, проведенной из точки Е до пересечения с горизонталью d как показано на рисунке. Точка Н пересечение перпендикуляра с линией определяет точку росы .

Парциальное давление пара найдем, как величину отрезка , определяемого отстоянием точки пересечения линии и наклонной – парциальное давление пара от горизонтальной оси влагосодержания. По i, d – диаграмме в соответствии с рисунком находим, что при заданных условиях

Максимально возможное значение парциального давления пара для данной температуры воздуха и найдем, воспользовавшись понятием относительной влажности

, откуда

Парциальное давление сухого воздуха можно найти, воспользовавшись законом Дальтона

_{Плотность} , кажущуюся молекулярную массу , газовую постоянную влажного воздух как смеси и удельный объем можно найти

_{по п}олученным данным из таблиц или рассчитать по формулам.

Плотность влажного воздуха

,

Кажущаяся молярная масса влажного воздуха массу

или ,

где

.

Объем влажного воздуха

_.

Теплоемкость влажного воздуха

,

где – удельные теплоемкости воздуха и пара.

Пример 2

Для сушильной установки используют атмосферный воздух. Воздух при В калорифере воздух подогревается до и направляется в сушильную камеру, откуда он выходит с температурой Требуется определить конечное влагосодержание воздуха, расходы воздуха и тепла для испарения 1 кг влаги.

ДАНО

Анализ

Задача на определение параметров влажного воздуха и расхода тепла на процесс сушки в сушильной камере. Процесс сушки двухстадийный. Сначала воздух подогревается в калорифере при с ростом температуры от до t, а затем он направляется в сушильную камеру, где увлажняется до состояния при

Решение

На i, d – диаграмме точку 1, соответствующую начальному состоянию найдем точку А как пересечение кривой соответствующей

Рисунок 8.

_{Энтальпию} найдем по оси ординат в месте пересечения с ней линии . на

Затем из точки А проводим линию (вертикаль) до пересечения с изотермой , точка В на рисунке. Найдем энтальпию Из точки В проводим линию до пересечения с изотермой в точке С. Опуская с С перпендикуляр до горизонтальной оси влагосодержания

Найдем расход воздуха

Расход тепла

Пример 3

Атмосферный воздух с температурой и подогревается в калорифере до температуры и поступает в сушильную камеру, откуда выходит с температурой . Определить конечное влагосодержание воздуха, теоретический расход теплоты и воздуха на 1 кг испаренной влаги.

ДАНО

Анализ

Задача на раздел термодинамики «Влажный воздух» по определению параметров сушильного агента в процессе сушки в сушильной камере.

Решение

Рисунок 8.

_По i, d – диаграмме находим начальное состояние как пересечение изотермы с линией постоянной влажности (см. рисунок). По – диаграмме определим и

После подогрева воздуха при до состояния 2, определяемого пересечениями линий и , находим Из точки 2 проводим изоэнтальпию до пересечения с линией и находим конечное состояние сушильного агента, определяемое точкой 3 на диаграмме.

Далее, используя диаграмму находим: .; Т.о над одним килограммом сухого воздуха будет испаряться

Найдем расход воздуха, необходимый для испарения 1 кг влаги

Вычислим расход тепла калорифера, затрачиваемого на испарение 1 кг влаги.

На подогрев 1 кг с. в. затрачивается

.

Следовательно на 55,5 кг с. в. необходимо подвести количества теплоты