Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теплогазоснабжение и вентиляция. Учебное пособие для студентов направления «Строительство» профиля «Экспертиза и управление недвижимостью»
.pdf
В последних равенствах р – полное давление влажного
П
р
B
рP
Xccc
рВ
с
рП
с
Xc
P
97,11
ПB
Xhhh
ttch
рВB
1
воздуха (часто это барометрическое давление атмосферного воздуха).
Изобарная теплоемкость влажного воздуха обычно относится к 1 кг сухого воздуха и определяется соотношением:
,
где ≈ 1 кДж/(кг.К) – среднее значение удельной
изобарной теплоемкости сухого воздуха в интервале тем-
ператур (0÷100 оС); ≈ 1,97 кДж/(кг.К) – удельная изобарная теплоемкость водяного пара.
Таким образом,
.
Энтальпия влажного воздуха, кДж/кг, определяется
как энтальпия газовой смеси, состоящей из 1 кг сухого
воздуха и водяного пара с влагосодержанием Х:
,
где – энтальпия 1 кг сухого воздуха;
–энтальпия водяного пара,
содержащегося во влажном воздухе в перегретом состоя-
71

нии; – удельная изобарная теплоемкость воды; t –
рВД
c
H
tr 3,22500
рВД
c
температура влажного воздуха; tн – температура насыщения влажного воздуха при соответствующем парциальном
давлении водяного пара в смеси; r – теплота парообразования при парциальном давлении водяного пара в смеси.
Теплота парообразования r, кДж/кг, для значений tн от
0 до 100 оС с достаточной степенью точности может быть
выражена формулой:
.
Если принять приближенно, что ≈ 4,22 кДж/кг,
то, следовательно,
или
В 1918 г. профессором Л.К. Рамзиным была предложена h-d-диаграмма (рис. 2.11), с помощью которой можно
было просто определять параметры влажного воздуха и
рассчитывать термодинамические процессы.
В настоящее время h-d-диаграмма широко применяется в расчетах систем кондиционирования воздуха, сушки,
72

вентиляции и отопления. При построении h-d-диаграммы
для влажного воздуха все величины отнесены к 1 кг содержащегося в нем сухого воздуха. По оси абсцисс отложено влагосодержание, по оси ординат – энтальпия влажного воздуха. За начало отсчета энтальпий в диаграмме
принята точка 0, в которой t = 0 оС, d = 0 и, следовательно,
h = 0. Положительные значения энтальпии располагаются
выше точки 0, а отрицательные – ниже точки 0. Диаграмма
h-d построена в косоугольной системе координат. Через
полученные деления на оси ординат проводят линии h =
const под углом 135о к линиям d = const (в этом случае об-
ласть ненасыщенного воздуха занимает значительно большую площадь диаграммы). Масштаб для отсчета влагосодержаний отнесен на горизонтальную прямую, проходящую через начало координат. Поэтому линии d = const –
это вертикальные прямые, а линии h = const – наклонные
прямые. Изотермы изображаются на диаграмме прямыми
линиями.
Кроме того, на диаграмме нанесены кривые φ = const.
Эти линии образуют пучок кривых, сходящихся на оси ординат в одну точку (d = 0, t = – 273,15 оС). При температуре t = 99,4 оС , соответствующей барометрическому давления рб = 745 мм рт. ст., линии φ = const имеют резкий из-
73

лом и идут вверх почти параллельно линиям d = const. Это
объясняется тем, что при t = 99,4 оС давление насыщенного
пара равно барометрическому рб = 745 мм рт. ст. (99,3
кПа), для которого построена диаграмма. Относительная
влажность не зависит от температуры, а только от парциального давления пара и, следовательно, от влагосодержания (на вертикальных линиях рб = const и рп = const).
Для реальных газов относительная влажность зависит
не только от давления, но и от температуры. Поэтому при
температурах t ≥ 100 оС линии φ = const имеют некоторое
отклонение от вертикали.
Кривая насыщения φ = 100 % разделяет область ненасыщенных состояний влажного воздуха (вверху) и область
тумана (внизу), в которой часть влаги находится в виде пара, а часть – в жидком или твердом виде (ледяной туман).
Любая точка в h-d-диаграмме обозначает конкретное физическое состояние воздуха. Изменение этого состояния
изображается линией процесса.
74

Рис. 2.11 h-d-диаграмма влажного воздуха
В процессе нагрева воздуха в калорифере (воздухонагревателе) его влагосодержание не изменяется (d = const).
Такой процесс в h-d-диаграмме изображается прямой линией 1-4. В процессе охлаждения воздуха при d = const
75

(линия 1-2) повышается его относительная влажность и
при температуре в точке 2, равной температуре точки росы, воздух становится насыщенным (φ = 100 %). При дальнейшем охлаждении воздуха будет происходить конденсация водяных паров из него, т.е. осушение воздуха. Количество сконденсированной влаги определяется конечной
температурой воздуха в точке 3 и выражается разностью
влагосодержаний в точках 1 и 3. Если теплота, необходимая для испарения воды, поступает только из окружающего воздуха, то его влагосодержание и относительная влажность будут увеличиваться, а температура понижаться. Такой процесс адиабатного охлаждения влажного воздуха
пойдет по линии 1-5 при h = const. Пределом адиабатного
охлаждения воздуха является так называемая температу-
ра мокрого термометра tм, при которой влажный воздух
достигает состояния насыщения (φ = 100 %). Установившуюся температуру мокрого термометра, которую воздух
имеет в состоянии насыщения, называют температурой
адиабатного насыщения воздуха.
С правой стороны внизу h-d-диаграммы приведена
шкала значений парциальных давлений водяного пара в
насыщенном воздухе. Для этого на вертикальных линиях,
которые проходят через точки пересечения кривой φ = 100
76

% и изотерм t = const, откладывают в принятом масштабе
отрезки О1К1, О2К2, О3К3 и т.д., равные по величине парциальным давлениям рн водяного пара в насыщенном воздухе
при соответствующих значениях температуры. Соединение
кривой точек К1, К2, К3 и т.д. дает графическое изображение зависимости рн = f(d) для случаев, когда d = d
max
.
77

3. ОСНОВЫ ТЕПЛООБМЕНА
3.1. Способы передачи теплоты
Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве возникает под действием разности температур и направлен в
сторону уменьшения температуры. Под процессом переноса теплоты будем понимать обмен внутренней энергии
между отдельными элементами или областями рассматриваемой среды.
Закономерности переноса теплоты и количественные
характеристики этого процесса являются предметом исследования теории теплообмена (теплопередачи). Теплопередача является частью общего учения о теплоте, основы которого были заложены М.В. Ломоносовым.
Теория теплообмена – это наука о процессах переноса
тепла. Теплообмен представляет собой сложный процесс,
который можно расчленить на ряд простых процессов.
Различают три элементарных принципиально отличных
один от другого процесса теплообмена – теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. Теплота может
распространяться в любых веществах и даже через вакуум.
78

Теплопроводность – переход тепла внутри тела или
zF
tt
Q
пнпв
Т
....
от одного тела к другому путем соприкосновения их материальных частиц. Такой процесс теплообмена может происходить в любых телах, но механизм переноса тепла зависит от агрегатного состояния тела. Теплопроводность
жидких и в особенности газообразных тел незначительна.
Твердые тела обладают различной теплопроводностью.
Тела с малой теплопроводностью называют теплоизоляционными.
Количество тепла Qт, проходящее через плоскую стенку при стационарном режиме, т.е. при установившихся
температурах, определяется по формуле Фурье:
,
где λ – коэффициент теплопроводности материала
стенки, Вт/ (м.К);
t
в.п.
и t
– температуры внутренней и наружной по-
н.п..
верхности стенки, К;
δ – толщина стенки, м;
F – площадь, через которую проходит тепло, м2;
z – продолжительность процесса теплоперехода, с.
Во всех веществах теплота передается теплопроводно-
стью за счет переноса энергии микрочастицами. Молеку-
79

лы, атомы, электроны и другие микрочастицы, из которых
состоит вещество, движущиеся со скоростями, пропорциональными их температуре, переносят энергию из зоны с
более высокими температурами в зону с более низкими
температурами.
Перенос теплоты теплопроводностью зависит от распределения температуры по объему тела. Совокупность
значений температуры во всех точках тела в данный момент времени называется температурным полем. В общем
случае температура является функцией трех пространственных координат и времени, поэтому математическое
описание температурного поля имеет вид t=f(x;у;z;).
Очень часто температура изменяется только по одной или
двум пространственным координатам, соответственно
температурное поле будет одно- или двухмерным. Кроме
того, различают стационарное температурное поле, когда
температура во всех точках тела не меняется с течением
времени tf(), и нестационарное, когда t=f().
Градиент температур. При любом температурном
поле в теле всегда имеются точки с одинаковой температурой. Геометрическое место таких точек образует изотермическую поверхность. Так как в одной и той же точке
пространства одновременно не может быть двух различ-
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
