27. Су буының негізгі термодинамикалық процестері

Бу күшті қондырғылардың жұмысын талдау үшін изохорлы, изобарлы, изотермді және адиабатты процестердің елеулі мәні бар. Бұл процестерді есептеуді су және су буының кестелерімен, немесе h,s-диаграммасының көмегімен жасауға болады.

Изохорлы процесс

v=const жағдайындағы су буының ішкі энергиясының өзгеруі былай табылады:

Δu=u₂-u₁=(h₂-p₂·v₂)-(h₁- p₁·v₁) (5.9)

Бұл формула басқа да термодинамикалық процестер үшін заңды болып табылады.

Изохорлы процесте сыртқы жұмыс l=0, сондықтан (термодинамиканың бірінші заңына сәйкес) келтірілген жылу тек будың ішкі энергиясының өсуіне жұмсалады.

q= u₂-u₁ (5.10)

Изобаралы процесс

Ылғалды қаныққан буға жылу келтірілген кезде оның құрғақтық дәрежесі артады да тұрақты температурада ол құрғақ буға, ал ары қарай жылу беріле берсе – қыздырылған буға айналады (будың температурасы бұл кезде артады). Егер жылу алынса, онда T_s=const болғанда бу сұйылады.

Процеске қатысқан жылу мөлшері энтальпиялардың айырмасына тең болады

q= h₂-h₁ (5.11)

процесс жұмысы мына формула бойынша есептелінеді

l=p(v₂-v₁) (5.12)

Изотермалы процесс

T=const процесінде идеалды газдағыдай су буының ішкі энергиясы тұрақты болып қалмайды, себебі оның потенциалды құрамы өзгереді.

Процеске қатысатын жылу мөлшері мынаған тең

q=T(s₂-s₁) (5.13)

Сыртқы жасалынған жұмыс термодинамиканың бірінші заңы бойынша табылады

l= q-Δu (5.14)

Адиабатты процесс

Адиабатты ұлғайғанда будың қысым мен температурасы төмендейді және қыздырылған бу алдымен құрғақ сонан соң ылғал күйге енеді. Адиабатты процестің жұмысы мына түрмен анықталады

l=-Δu=u₂-u₁= (h₁- p₁·v₁) - (h₂-p₂·v₂) (5.15)

28. Ылғалды ауа

Құрғақ ауа мен су буынан тұратын қоспаны ылғалды ауа деп атайды.

Техникада ылғалды ауа кеңінен қолданылады, мысалы, кептіру процестеріне ол жұмыстық дененің қызметін атқарады. Берілген қысым мен температурада ылғалды ауада су буы әртүрлі мөлшерде болуы мүмкін. Құрғақ ауа мен қаныққан су буының қоспасын қаныққан ылғалды ауа деп атайды. Қанықпаған ылғалды ауаның құрамындағы қыздырылған су буын салқындату арқылы қаныққан күйіне дейін сәйкес келтіретін температураны шық нүктесінің температурасы деп атайды. Одан әрі салқындатқанда ылғалды ауадағы су буы сұйылады.

Ылғалды ауаның жалпы қысымы Дальтон заңына сәйкес, құрғақ ауа мен оның құрамындағы су буының парциал қысымдарының қосындысына тең

p= p_а- p_б (5.16)

мұндағы p_а- құрғақ ауаның қысым; p_б- су буының парциал қысымы.

1 м³ ылғалды ауадағы парциалды қысым p _б болғандағы сан жағынан алғанда будың массасы абсолютті ылғалдылық деп аталады.

Ауаның абсолютті ылғалдылығының ρ_б сол температурадағы максималды мүмкін болатын абсолютті ылғалдылыққа ρ_m қатынасын салыстырмалы ылғалдылық деп атап, φ әрпі арқылы белгілейміз

φ= ρ_б/ ρ_m= p _б/ p_m (5.17)

мұндағы ρ_m, p_m- берілген температурада максималды мүмкін болатын абсолютті ылғалдылық пен максималды мүмкін болатын парциалды қысым.

Салыстырмалы ылғалдылық өздігінен ылғалды ауадағы бу мөлшерін сипаттай алмайды. Ол үшін ылғалды ауаның температурасын білу қажет, сонда ғана p_m-нің шамасын біржақты табуға болады.

Салыстырмалы ылғалдылық пен ауаның ылғал қорын психрометр деп аталатын өлшеуіш аспап (прибор) арқылы анықтайды. Ол екі термометрден тұрады: құрғақ және суланған. Суланған термометрдің ноқаты үнемі ылғалданып тұратын жұқа шүберекпен оралған. Термометрдің сынапты ноқаттарын ауамен үрлегенде, құрғақ термометр ылғал ауаның нақты температурасы t_қ, ал суланған термометр – шүберектің бетінен буланатын судың температурасынан t_ы көрсетеді. Сонымен бірге, шүберекті үрлейтін ауаның құрғақтығы өскен сайын ондағы су тезірек буланады. t_қ және t_ы психрометрлік температуралардың айырмасын біле отырып арнаулы психрометрлі кестеден ауаның салысырмалы ылғалдылығы мен ылғалқорын анықтауға болады.

Ылғал ауаның изобарлы жылусыйымдылығын с_р әдетте 1 кг құрғақ ауаға сәйкестендіреді, демек (1+d) кг ылғал ауаға. Ол 1 кг құрғақ ауа мен d кг будың жылусыйымдылықтарының қосындысына тең

с=с_ра+с_рб (5.21)

Ылғал ауаның энтальпиясын 1 кг құрғақ ауа мен d кг су буының қоспаның энтальпиясы ретінде табады:

һ=һ_а+ dһ_б (5.23)