- •Умовні позначання
- •1 Основи технічної термодинаміки
- •1.1 Властивості робочих тіл
- •1.1.1 Робоче тіло та його параметри
- •1.1.2 Рівняння стану ідеального газу
- •1.1.3 Суміші ідеальних газів
- •1.1.4 Теплоємність ідеального газу
- • Масову теплоємність – с, Дж/(кг к); об'ємну теплоємність – с', Дж/(м3 к);
- •1) Теплоємність при постійному об’ємі – Сv, с’V, Сμv;
- •1.1.5 Питання для самоконтролю
- •1.2 Перший закон термодинаміки
- •1.2.1 Основні види термодинамічних процесів
- •1.2.2 Робота розширення газу
- •1.2.3 Внутрішня енергія газу
- •1.2.4 Аналітичне вираження першого закону термодинаміки
- •1.2.5 Ентальпія
- •1.2.6 Ентропія
- •1.2.7 Термодинамічні процеси ідеальних газів
- •Ізохорний процес
- •Ізобарний процес
- •Ізотермічний процес
- •Адіабатний процес
- •Політропні процеси
- •1.2.8 Питання для самоконтролю
- •1.3 Другий закон термодинаміки
- •1.3.1 Основні положення другого закону термодинаміки
- •1.3.2 Кругові термодинамічні процеси
- •1.3.3 Цикл Карно
- •1.3.4 Математичне вираження другого закону термодинаміки
- •1.3.5 Питання для самоконтролю
- •1.4 Реальні гази
- •1.4.1 Властивості реальних газів
- •1.4.2 Водяна пара
- •Ентальпiйно-ентропiйна діаграма водяної пари
- •1.4.3 Вологе повітря
- •622 Dmax
- •1.4.4 Питання для самоконтролю
- •1.5 Термодинаміка потоку
- •1.5.1 Основні властивості газів і рідин
- •1.5.2 Статика газів
- •1.5.3 Динаміка газів
- •1.5.4 Витікання парів та газів
- •1.5.5 Вибір форми сопла
- •1.5.6 Розрахунок процесу витікання за допомогою h,s-діаграми
- •1.5.7 Дроселювання парів та газів
- •1.5.8 Питання для самоконтролю
- •1.6 Приклади рішення задач
- •3) Політропне розширення.
- •1.7 Завдання для самостійного розв’язання
- •2 Основи теорії теплообміну
- •2.1 Теплопровідність
- •2.1.1 Основні поняття і визначення
- •2.1.2 Диференціальне рівняння теплопровідності
- •2.1.3 Умови однозначності для процесів теплопровідності
- •2.1.4 Теплопровідність при стаціонарному режимі
- •2.1.4.1 Передача теплоти через плоску стінку
- •1) Граничні умови першого роду
- •2) Граничні умови третього роду (теплопередача)
- •2.1.4.2 Передача теплоти через циліндричну стінку
- •1) Граничні умови першого роду
- •2) Граничні умови третього роду (теплопередача)
- •2.1.4.3 Критичний діаметр циліндричної стінки
- •2.1.5 Нестаціонарна теплопровідність
- •2.1.5.1 Загальні положення
- •2.1.5.2 Нагрівання і охолодження плоскої стінки
- •2.1.5.3 Нагрівання і охолодження циліндра
- •2.1.5.4 Залежність процесу поширення теплоти від форми і розмірів тіла
- •2.1.6 Питання для самоконтролю
- •2.2 Конвективний теплообмін
- •2.2.1 Загальні положення
- •2.2.2 Теорія подоби
- •Число Нуссельта Nu
- •Число Прандтля Pr
- •2.2.3 Тепловіддача при вільній конвекції
- •2.2.4 Тепловіддача при вимушеній конвекції
- •2.2.4.1 Тепловіддача при русі теплоносія всередині труби
- •2.2.4.2 Тепловіддача при поперечному омиванні труби
- •2.2.4.3 Тепловіддача при русі теплоносія вздовж пластини
- •2.2.5 Питання для самоконтролю
- •2.3 Теплообмін випромінюванням
- •2.3.1 Загальні положення
- •2.3.2 Основні закони теплового випромінювання Закон Планка
- •Закон зсуву Віна
- •Закон Стефана-Больцмана
- •Закон Кірхгофа
- •2.3.3 Теплообмін випромінюванням між тілами
- •2.3.4 Випромінювання газів
- •2.3.5 Складний теплообмін
- •2.3.6 Питання для самоконтролю
- •2.4 Приклади розв’язання задач
- •2.5 Завдання для самостійного розв’язання
- •3 Прикладна теплотехніка
- •3.1 Теплообмінні апарати
- •3.1.1 Класифікація теплообмінних апаратів
- •Гаряча вода
- •3.1.2 Вимоги до теплоносіїв
- •3.1.3 Основні положення теплового розрахунку теплообмінних апаратів
- •Рівняння теплового балансу
- •Види теплового розрахунку теплообмінників
- •3.1.4 Питання для самоконтролю
- •3.2 Компресори
- •3.2.1 Загальні положення
- •3.2.2 Об'ємні компресори
- •3.2.3 Лопаткові компресори
- •3.2.4 Питання для самоконтролю
- •3.3 Термодинамічні цикли
- •3.3.1 Цикли паротурбінних установок (пту)
- •3.3.2 Цикли двигунів внутрішнього згорання (двз)
- •3.3.3 Цикли газотурбінних установок (гту)
- •3.3.4 Питання для самоконтролю
- •3.4 Приклади рішення задач
- •3.5 Завдання для самостійного розв’язання
1.4.3 Вологе повітря
Атмосферне повітря, яке в основному складається з кисню, азоту, вуглекислого газу, завжди містить деяку кількість водяної пари. Суміш сухого повітря і водяної пари називається вологим повітрям. Принциповою відмінністю вологого повітря від інших газових сумішей є те, що кількість водяної пари в суміші з повітрям не може перевищувати певної величини.
Вологе повітря при даному тиску і температурі може містити різну кількість водяної пари. Водяна пара у вологому повітрі може знаходитися в трьох станах: 1) – перегріта пара, 2) – суха насичена пара, 3 – волога насичена пара (суха насичена пара плюс крапельки рідини у стані насичення).
Якщо вологе повітря містить при даній температурі водяну пару в перегрітому стані, то воно буде називатися ненасиченим. Тому що в ньому знаходиться не максимально можлива для даної температури кількість водяної пари, і воно здатне до подальшого зволоження. Тому таке повітря використовують в якості сушильного агента в різних сушильних установках.
Якщо суміш складається із сухого повітря і насиченої водяної пари, то його називають насиченим вологим повітрям. У цьому випадку у вологому повітрі знаходиться максимальна можлива для даної температури кількість водяної пари. При охолодженні цього повітря, буде відбуватися конденсація водяної пари. Парціальний тиск водяної пари в цій суміші дорівнює тиску насичення при даній температурі.
Якщо вологе повітря містить при даній температурі водяну пару, яка крім сухої насиченої пари містить крапельки води у стані насичення або лід чи сніг, то таке повітря називають пересиченим вологим повітрям.
В якості визначальних параметрів водяної пари у вологому повітрі використовують температуру повітря t і парціальний тиск водяної пари Рпар. Вищою межею парціального тиску водяної пари при даній температурі повітря t є тиск насичення пари Рпар max = Рн.
Загальний тиск вологого повітря за законом Дальтона дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря і водяної пари, що входять до його складу:
Р = Рпов + Рпар, (1.126)
де Рпов – парціальний тиск сухого повітря;
Рпар – парціальний тиск водяної пари.
Для знаходження парціального тиску пари використовують спеціальний прилад – гігрометр. За допомогою цього приладу визначають точку роси, тобто температуру (tp), до якої потрібно остудити при постійному тиску повітря, щоб воно стало насиченим. Знаючи точку роси, можна за таблицями … визначити парціальний тиск пари в повітрі як тиск насичення (Рн), що відповідає точці роси tp. При охолодженні нижче даної температури tp відбувається конденсація водяної пари.
Абсолютною вологістю повітря називається кількість водяних пар, що знаходяться в одному кубічному метрі вологого повітря. Абсолютна вологість дорівнює густині пари при його парціальному тиску Рпар і температурі повітря t. Дійсно, за законом Дальтона водяна пара займає весь об’єм суміші, а її густина відповідає масі водяної пари в одному кубічному метрі вологого повітря. Необхідно відзначити, що абсолютна вологість повітря характеризує зміст у повітрі тільки однієї – парової фази води.
Відношення абсолютної вологості ненасиченого повітря при даній температурі до абсолютної вологості насиченого повітря при тій же температурі називається відносною вологістю повітря
= ρпов / ρпов н або = ρпов / ρпов н ·100%, (1.127)
Для сухого повітря = 0, для ненасиченого < 1, для насиченого
=1 (100%). Відносна вологість повітря характеризує потенційну можливість повітря випаровувати вологу і забирати в себе пару з навколишнього середовища при даній температурі.
Густина вологого повітря складається з мас, що містяться в одному кубічному метрі сухого повітря, і водяної пари:
= пов + пар = Pпов/(Rпов·T) + /'', (1.128)
де Pпов – парціальний тиск повітря,
Rпов – газова стала сухого повітря,
T – температура повітря,
''
– питомий об’єм сухої насіченої водяної пари при температурі повітря, визначають за даними таблиці Г1 додатка Г при температурі повітря.
Молекулярну масу вологого повітря визначають за рівнянням для суміші газів
= rповmпов + rпарпар, (1.129)
де пов, пар – молекулярні маси сухого повітря і водяної пари,
пов=28,96 кг/кмоль, пар=18,016 кг/кмоль,
rпов, rпар – об'ємні частки сухого повітря і водяної пари, які
визначаються за рівняннями:
rпов = Рпов/Р=(Р – Рпар)/Р, rпар= Рпар/Р,
де Р, Рпов і Рпар – атмосферний і парціальні тиски сухого повітря і
водяної пари.
У результаті підстановки чисельних значень молекулярних мас сухого повітря і водяної пари до рівняння (1.129) одержуємо розрахункове вираження молекулярної маси вологого повітря у виді
= 28,95 – 10,944 Pпар/P. (1.130)
Газова стала вологого повітря визначається за рівнянням
8314 8314
R , (1.131)
Pïàð
28,96 10,944
P
вона більше за газову сталу сухого повітря.
Вологовміст являє собою відношення маси водяної пари, яка міститься у вологому повітрі, до маси сухого повітря:
d = mпар / mпов , (1.132)
де mпар, mпов – маси водяної пари і сухого повітря у вологому повітрі.
У загальному випадку поняття «вологовміст» відноситься не тільки до парової фази води, але і до рідкої, і до твердої її фази. Після заміни відношення мас у рівнянні (1.132) на масові частки і вираження останніх через об'ємні частки, що являють собою відношення відповідних парціальних тисків до тиску всієї суміші, ми отримуємо рівняння, яке встановлює зв'язок між вологовмістом і відносною вологістю:
d gïàð 103 rïàð μïàð 103 Ðïàð 18,016103 622 Ðïàð , (1.133) gïîâ rïîâ μïîâ Ðïîâ 28,96 Ð Ðïàð
або
d 622 Ðí . (1.134)
ÐÐí
де gпар, gпов – масові частки водяної пари і сухого повітря, rпар, rпов – об'ємні частки водяної пари і сухого повітря.
Одиниці вимірювання вологовмісту – кілограм на кілограм чи грам на кілограм. З рівняння (1.133) видно, що зі збільшенням парціального тиску пари вологовміст збільшується. Максимальний вологовміст залежить від температури і тиску вологого повітря.
Якщо парціальний тиск водяної пари Рпар дорівнює тиску насичення
Рн при даній температурі, то максимально можливий вологовміст dmax при даній температурі дорівнює
Pí , (1.135) dmax 622
P Pí
тоді
dmax . (1.136)
Pí P