2339

Из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара (табл. П.7, 8) или из таблицы парциальных давлений насыщенного водяного пара (табл. П.4) при t = 20 0С рН = 2337 Па.

Относительная влажность воздуха

pП 1 603 0,686. рН 2 337

Степень насыщения

где dН = 0,01461 кг вл/кг св – влагосодержание насыщенного воздуха при температуре t = 20 0С (см. табл. П.4).

Газовая постоянная смеси

RCМ RСВ dRП 287,1 0,010 461,5 291,7 Дж/(кг К).

Энтальпия влажного воздуха определяется по формуле (17). Температура насыщения tН соответствует парциальному давлению рП = 1 603 Па и определяется по табл. П.4: tН = 14 0С.

Теплота парообразования воды определяется по формуле (6):

L L0 2,369 tH 250 0,64 2,369 14 246 7,47 кДж/кг.

hВЛВ сРСВt d cРВtН L сРП t tH

1,006 20 0,010 4,19 14 246 7,47 1,86 20 14 45,5 кДж/кг.

Насыщенный влажный воздух представляет собой двухкомпонентную гомогенную парогазовую смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара. Парциальное давление водяного пара рП совпадает с давлением насыщения рН , которое зависит только от температу-

ры: рН = f(Т).

~31 ~

Если масса насыщенного водяного пара mП , то формулы (14) (16) примут вид:

Парциальное давление рН определяется экспериментальным путем, приводится в специальных таблицах (табл. П.4) и аппроксимируется рядом формул. Наиболее точными являются формулы Нернста и Вукаловича, а также формула, полученная из уравнения КлапейронаКлаузиуса:

Для насыщенного влажного воздуха t = tH , поэтому энтальпия

hВЛВ" сРСВt dH cPBt L .

При tH < 0 0С

hВЛВ" сРСВt dH cРЛ t LПЛ0 LСУБ .

Перенасыщенный влажный воздух представляет собой двухком-

понентную гомогенную парогазовую смесь сухого воздуха и перенасыщенного водяного пара. Парциальное давление перенасыщенного водяного пара рПЕР в смеси больше давления насыщенного водяного пара рН над плоской поверхностью, т.е. рПЕР > рН .

Относительная влажность ПЕР и степень насыщения ПЕР для перенасыщенного влажного воздуха больше единицы:

Характеристикой степени перенасыщения, принятой в теории образования аэрозолей, является величина S:

S p/ pH ,

где р, рН – парциальное давление пара в газовой смеси и давление насыщенного пара над плоской поверхностью.

~32 ~

Как будет рассмотрено далее, состояние перенасыщенного влажного воздуха является метастабильным. При наличии во влажном воздухе невидимых ядер конденсации (пылинок, мельчайших капелек жидкости, газовых ионов, флуктуационных сгущений молекул пара) и при соответствующем критическом перенасыщении пара происходит его конденсация в объеме, приводящая к образованию тумана.

Туман представляет собой гетерогенную смесь сухого воздуха, насыщенного водяного пара и взвешенных во влажном воздухе капель воды (водяной туман), или кристаллов льда (ледяной туман), или капель воды и кристаллов льда (смешанный туман).

Образование тумана связано с конденсацией пара из влажного воздуха в объеме. Этот процесс происходит при наличии во влажном воздухе взвешенных посторонних ядер конденсации (гетерогенная конденсация) или при образовании самопроизвольно возникающих в результате флуктуаций молекул пара (зародышей) (гомогенная или спонтанная конденсация) и при обязательном перенасыщении водяного пара.

Гетерогенная конденсация пара включает две стадии:

образование перенасыщенного пара;

конденсация водяного пара на ядрах с их ростом до размеров капель тумана.

Гомогенная конденсация пара включает три стадии:

образование перенасыщенного пара;

образование зародышей;

конденсация водяного пара на поверхности зародышей и их рост до размеров капель тумана.

Для водяного тумана масса влаги mВЛ будет включать в себя массу насыщенного водяного пара mН и массу капель воды mВ:

mВЛ = mН + mВ.

Влагосодержание водяного тумана

dВТ mH mB dH dB ,

mСВ

где dВ = mВ / mСВ ; mСВ – масса сухого воздуха. Для ледяного тумана:

~33 ~

mВЛ = mН + mЛ ; dЛТ = dH + dЛ ,

где mЛ – масса взвешенных кристаллов льда, dЛТ – влагосодержание ледяного тумана; dЛ = mЛ / mСВ .

Для смешенного тумана масса влаги и влагосодержание равны

mВЛ = mН + mВ + mЛ ; dСМТ = dH + dВ + dЛ .

Масса влажного воздуха

mВЛВ = mСВ + mН + mВ + mЛ = mСВ (1 + dСМТ).

При выполнении инженерных расчетов в области температур – 50 … + 50 0С энтальпия влажного воздуха может быть определена по следующим формулам:

для ненасыщенного влажного воздуха

hВЛВ сРСВt d L0 cРПt ;

для насыщенного влажного воздуха

hВЛВ" сРСВt dH L0 cРПt ;

для водяного тумана

hBT сРСВt dH L0 cРПt dBcPBt ;

для ледяного тумана

hЛT сРСВt dH L0 cРПt dЛ cPЛt LПЛ0 ;

для смешанного тумана

hСМT сРСВt dH L0 cРПt dBcPBt dЛ cPЛt LПЛ0 .

Для диапазона температур – 50 … + 50 0С следует принимать

~34 ~

4. ДИАГРАММА h-d ДЛЯ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

Расчеты с влажным воздухом удобно производить, используя диаграмму в координатах: влагосодержание d и энтальпия h (рис. 4). Обычно угол между координатными осями берут 135 0, что дает возможность лучше использовать площадь диаграммы.

Практически площадь диаграммы, примыкающую к горизонтальной оси снизу, не используют. Поэтому отметки влагосодержания сносятся на горизонтальную ось.

Линии t = const на диаграмме – это прямые линии, немного расходящиеся по мере увеличения влагосодержания. На диаграмму нанесены линии постоянной относительной влажности = const. Линия= 1 делит диаграмму на область ненасыщенного воздуха и область тумана.

= 1

= const

h = const

Область тумана

pП = f(d)

pП

d

d

Рис. 4. Диаграмма h-d для влажного воздуха

В нижней части диаграммы приведена кривая парциальных давлений водяного пара рП = f (d). Диаграмма построена для барометрического давления влажного воздуха рБ = 745 мм рт. ст., что соответствует барометрическому давлению центральных промышленных районов России.

~35 ~

Состояние влажного воздуха на диаграмме характеризуется точкой пересечения соответствующих линий: d = cоnst и h = const, либо d = const и t = const. Нанеся эту точку, можно прочитать значения остальных параметров.

Для определения температуры мокрого термометра tМ нужно из заданной точки состояния воздуха двигаться по линии, параллельной h = const до ее пересечения с линией = 1 (рис. 5). Температура насыщенного воздуха в точке пересечения и будет искомой температурой tМ .

Для нахождения температуры точки росы tР нужно из заданной точки состояния воздуха двигаться по линии d = const вниз до пересечения с линией = 1. Температура насыщенного воздуха в точке пересечения является искомой температурой tP .

Линия, соединяющая эти точки,

вают тепловлажностным отношением. Этот параметр показывает приращение количества теплоты на 1 кг полученной (или отданной) воздухом влаги.

Последнее выражение можно преобразовать, умножив числитель и знаменатель на расход воздуха G, кг/ч, участвующего в процессе

где QП – поток полной теплоты, обмененной в процессе изменения состояния воздуха, кДж/ч; WИЗБ – расход влаги, обмененной в процессе изменения состояния воздуха, кг/ч.

Линии процесса наносятся на h-d-диаграмму тремя способами: непосредственным нанесением с выполнением вычислений; с использованием углового масштаба на диаграмме; с использованием транспортира углового масштаба.

Изобарные процессы влажного воздуха. Изобарный нагрев влажного воздуха в h-d диаграмме изображен прямой 1–2 (рис. 7).

Влагосодержание воздуха в этом процессе не изменяется, прямая 1–2 параллельна оси h. Количество теплоты, подведенное в процессе:

q= h2 – h1 .

~37 ~

По положению точки М определяется состояние смеси (t, , h и d). Параметры смеси можно вычислить по формулам

В некоторых случаях необходимо получить влажный воздух с определенными параметрами, имея в распоряжении влажный воздух с другими параметрами. Этого можно добиться смешиванием имеющегося потока с потоком сухого воздуха или пара (рис. 9, б).

Для получения влажного воздуха с меньшим влагосодержанием (состояние М) необходимо смешивать влажный воздух (состояние А) с потоком сухого воздуха. Для сухого воздуха d = 0, его состояние в h-d-диаграмме изобразится точкой В, лежащей на оси ординат. Эта точка определит температуру примешиваемого воздуха. Используя выражение

АМ / ВМ = GB / GA , количество примешиваемого воздуха определится как

GB = GA АМ / ВМ.

Для получения влажного воздуха с большим влагосодержанием (состояние N) необходимо смешивать влажный воздух (состояние С) с паром в состоянии D. С учетом выражения

CN / ND = GD / GC

~40 ~