1.7. Дросселирование

Д росселирование – это эффект падения давления струи рабочего тела в процессе протекания через сужение в канале (рис. 1.20).

Дросселирование – это адиабатный необратимый процесс без совершения полезной работы. Анализ первого закона термодинамики для потока рабочего тела дает, что при дросселировании энтальпия не изменяется, т.е.

.

Таким образом, при дросселировании:

• давление уменьшается (р₂ < р₁);

• энтальпия не изменяется (h₁ = h₂);

• удельный объем увеличивается (υ₂ > υ₁);

• энтропия увеличивается (s₂ > s₁).

Температура при дросселировании идеального газа не изменяется, так как h=f (T), следовательно Т=f (h). При дросселировании реальных газов температура может увеличиваться (t₂ > t₁), уменьшаться (t₂ < t₁) или не изменяться (t₂ = t₁), это зависит от параметров, при которых происходит процесс дросселирования. Для диапазона параметров водяного пара, имеющего место в технике, температура при дросселировании уменьшается всегда. На рис. 1.21, 1.22 показаны процессы дросселирования идеального газа в T-s-диаграмме и водяного пара в h-s –диаграмме.

Рис. 1.21 Рис. 1.22

Задача для самостоятельного решения

Водяной пар с давлением р₁=20 бар, и степенью сухости х₁ =0,88 дросселируется до состояния сухого насыщенного пара (х₂=1).

Определить давление пара (р₂) и уменьшение температуры при дросселировании (t₁-t₂), пользуясь таблицами термодинамических свойств воды и водяного пара [3].

Представить процесс дросселирования водяного пара в h-s- диаграмме.

Порядок решения задачи

1. При р₁ = 20 бар из табл. II [3] (состояние насыщения по давлениям) находят начальную температуру t₁ = t_s.

2. Рассчитывают энтальпию

3. Так как конечное состояние – сухой насыщенный пар, из таблиц насыщения по h₁ = h₂ = h находят р₂, t₂.

4. Вычисляют t = t₂ – t₁.

5. Представляют процесс дросселирования водяного пара в h-s-диаграмме. На пересечении р₁, х₁ обозначают начальную точку, на пересечении h₁, x₂ = 1 – конечную. Показывают изотермы t₁, t₂, изобару р₂.

Тема «Дросселирование» представлена в [1], с. 205-215.

1.8. Влажный воздух

Влажный воздух – это смесь сухого воздуха и водяного пара. Давление влажного воздуха

,

где р_с.в., р_n – парциальные давления сухого воздуха и водяного пара. Так как р_n<<р_с.в., то параметры сухого воздуха и пара, содержащегося во влажном воздухе, можно рассчитывать по уравнениям состояния идеального газа

, .	(1.17) (1.18)

Пар, содержащийся во влажном воздухе, может быть сухим насыщенным, тогда р_n = р_s, или перегретым (р_n < р_s). При давлении пара, равном давлению насыщения (р_n = р_s), влажный воздух называется насыщенным и имеет относительную влажность

или .

При р_n < р_s влажный воздух ненасыщенный (<1 или <100%). Для сухого воздуха р_n = 0,  = 0. Если понижать температуру ненасыщенного воздуха, можно достичь температуры, называемой температурой точки росы (t_p), при которой давление пара (р_n) станет равным давлению насыщения (р_s), и ненасыщенный влажный воздух станет насыщенным с относительной влажностью  = 100 % ( = 1).

Влагосодержание влажного воздуха – это отношение массы пара к массе сухого воздуха

.

(1.19)

Совместное решение уравнений (1.17 – 1.19) дает формулу для расчета влагосодержания

,

а с учетом

,

(1.20)

где р – давление влажного воздуха; р_s – давление насыщения, определяемое из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара [3] по температуре влажного воздуха t. Значение относительной влажности  в формулу (1.20) следует подставлять в долях (но не в %).

Для насыщенного влажного воздуха  = 1, а влагосодержание

.

(1.21)

Энтальпия влажного воздуха рассчитывается по формуле

.

(1.22)

Для определения параметров влажного воздуха, для графической иллюстрации процессов влажного воздуха применяют h-d-диаграмму. Диаграмма построена для атмосферного давления р=745 мм рт.ст., поэтому, если давление влажного воздуха отличается от этого значения, пользоваться диаграммой h-d для нахождения параметров влажного воздуха (, h, d…) нельзя, их надо рассчитывать по формулам. На рис. 1.23 в сокращенном виде дана h-d-диаграмма влажного воздуха.

Особенность диаграммы: линии h=const с осью h образуют угол 135⁰, а не 90⁰.

Б ольшое практическое значение в технике имеют изобарные процессы нагрева и охлаждения влажного воздуха. На рис. 1.24 представлен изобарный процесс нагрева влажного воздуха с параметрами t₁, ₁ до температуры t₂.

Рис. 1.23 Рис. 1.24

В процессе изобарного нагрева влажного воздуха:

• влагосодержание не изменяется (d₁ = d₂);

• относительная влажность уменьшается (₂ < ₁);

• энтальпия увеличивается (h₂ > h₁).

Удельная теплота, необходимая для нагрева влажного воздуха в изобарном процессе

.

Тепловой поток

,

где Gс.в., - расход сухого воздуха. Так как расход влажного воздуха

или

,

то

	(1.23)
.	(1.24)

На рис. 1.25 в h-d-диаграмме представлен процесс охлаждения влажного воздуха от параметров t₁, ₁ до температуры t₂ (t₂ < t_p).

П роцесс охлаждения (1-а) от t₁ до t_p происходит при d₁ = const, при этом влажный воздух достигает состояния насыщения ( = 100 %). В процессе охлаждения (а-2) от t_p до t₂ относительная влажность остается неизменной (=100%), влагосодержание уменьшается от d₁ до d₂, т.е. из влажного воздуха выпадает влага.

Удельная теплота, отводимая в процессе охлаждения влажного воздуха от t₁ до t₂ < t_p, рассчитывается по формуле

(1.25)

Процессы охлаждения влажного воздуха до t₂ < t_p применяются в технике для осушения влажного воздуха.

Тема «Влажный воздух» представлена в [1], с. 398-410.