Добавил:
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
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
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]