Лекция № 10 Тема: влажный воздух.

В воздухе всегда содержится небольшое количество влаги в виде водяного пара. Влажным воздухомназывают смесь сухого воздуха и водяного пара.

Влажный воздух используется при сушке материала, вентиляционных установках, воздушных холодильных установках, воздухоохладителях и других теплообменных агрегатах, где используется в качестве окружающей среды.

Влажный воздухподчиняется уравнению состояния идеальных газов, а также подчиняется закону Дальтона:

«Каждый идеальный газ ведет себя в газовой смеси так, как будто он один при температуре газовой смеси занимает весь объем смеси. Сумма парциальных давлений газов, входящих в газовую смесь, равно общему давлению смеси».

Р_{В.Л. В}= Р_В+ Р_П, (1)

где Р_В - парциальное давление сухого воздуха, Р_{В Л. В} - давление влажного воздуха,

Р_П- парциальное давление водяного пара.

Давление влажного воздухаравно атмосферному давлению: В = Р_В+ Р_П, (2)

где В - атмосферное давление

Характеристиками влажного воздуха являются:

1. абсолютная влажность,

2. относительная влажность,

3. влагосодержание,

4. плотность влажного воздуха,

5. энтальпия влажного воздуха.

Абсолютной влажностью воздуха называют массу водяного пара, содержащегося в одном куб. метре влажного воздуха или это плотность пара при его парциальном давлении и температуре воздуха.Абсолютная влажность-кг / м³

Относительной влажностьюназывается отношение абсолютной влажности воздуха при данной температуре к его максимальной возможной абсолютной влажности при этой же температуре.

Относительная влажность, % (3)

Если температура влажного воздуха меньше или равна температуре насыщения водяного пара при давлении смеси, то плотность максимальная будет равна плотности насыщения и его значение определяется при табличном насыщении пара.

Если температура влажности воздуха будет больше температуры насыщения пара, то плотность максимальная будет равна плотности перегретого пара.

Относительная влажность воздуха , (4)

Влагосодержание- это отношение массы влаги (пара) во влажном воздухе к массе сухого воздуха.

, (5)

, г /кг (6)

(7)

Парциальное давлениеводяного пара при данном давлении влажного воздуха зависит только от влагосодержания.

Степень насыщения- это отношение влагосодержания к максимально возможному влагосодержанию:, (8)

(9)

Точка росы - это такая температура, до которой необходимо охладить влажный воздух при постоянном давлении, чтобы он стал насыщенным (φ=100%). Она определяется как температура насыщения при парциальном давлении пара по таблице насыщенного пара.

Плотность влажного воздуха -, кг / м³(10)

Энтальпия влажного воздухаопределяется как сумма сухого воздуха и водяного пара:

I_{В Л..В}=I_B+I_П=I_B=I_П*d, кДж / кг (11)

Энтальпию влажного воздуха относят к 1 кг сухого воздуха или (1+d) кг влажного воздуха, (12)

Энтальпия 1 кг сухого воздуха выраженная в кДж равна его tв градусах Цельсия, так как теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении теплоемкости равно:

Iв=Сp*t=1.002*t=1*t(13)

Энтальпия водяного пара-I_П= 2500+1,93*t,, (14)

Рисунок 1 - id диаграмма влажного воздуха

Значение относительной влажности можно определить по показаниям прибора, который называется психрометр, или с помощьюidдиаграммы.

Термодинамические процессы пара

Расчеты технологических процессов ведутся по влагосодержанию d, поскольку количество сухого воздуха в процессе тепломассообмена остается постоянным. Влагосодержание выражается отношением мас­совых долей пара и воздухаm_пиm_в, которые можно заменить произведениями молекулярных масс на объемные доли μ_пr_пи μ_вr_в:

d=m_п/m_в= μ_пr_пи μ_вr_в = 18,016р_п/28,95р_в= 0,622р_п/(р - р_п) [кг/кг]. (2.131)

Энтальпия влажного воз­духа равна сумме энтальпий 1 кг сухого воздуха и dкг пара:

i = i _В + di_п.

Энтальпию пара i _п опреде­ляют из справочных таблиц.

Для практических расче­тов удобно пользоваться диа­граммой і —dи влажного воз­духа, предложенной проф. Л. К. Рамзиным

Например, процесс сушки изображается в этой диа­грамме так. Атмосферный воздух с относительной влажностью φ₁ и температуройt₁ (точка А) поступает в калорифер, где он подогревается до темпера­турыt₂(точка В), вследствие чего его относительная влажность падает до φ₂; процесс в калорифере протекает приd=соnst (А—В). Разность ординатi_А —i_в показывает расход теплоты в калорифере на подогрев 1 кг воздуха. Затем воздух направляется в сушильную камеру, где за счет отдаваемой им теплоты происходит высушивание материала – испарение из него влаги (В—С). Процесс сушки протекает приі =соnst, так как часть теплоты, отнимаемой от сухого воздуха, воз­вращается смеси испаряемым паром. Точка С — точка росы. Разностьd_с—d_Aвыражает количество влаги, испаренной в сушилке 1кг влажного воздуха.

Рассмотрим основные термодинамические процессы водяного пара в координатах.

В изобарном процессе 1—2начальное состояние пара характеризуется точкой1 (пересечение изобарыр с кривой заданной степени сухостих), конечное состояние — точкой2 (пересечение изобары с изотермойt₂). Зная начальное и конечное состояние пара в точках1 и2, можно определитьh₁, h₂, υ₁,υ₂,s₁s₂.

Изменение внутренней энергии в процессе 1—1

∆и= (h₂— h₁) -p(υ₂—υ₁).

Количество подведенного к процессу тепла

q=h₂- h₂.

Работа расширения

а_1-2=р(υ₂—υ₁).

Изображение изобарного процесса

В изотермическом процессе 1—2 начальное и конечное состояния пара определяются точкой1 (пересечение изобарыp_i с кривой степени сухостих₁ и точкой2 (пересечение изотермыt с изобаройр₂). Изменение внутренней энергии, подведенное или отведенное тепло и внешняя работа могут быть определены по формулам

Изображение изотермического процесса

u_1-2 = (h₂—h₁)—(р₂υ₂— р₁υ₁);

q_1-2 = T(s₂—s₁);

a_1-2 = q_1-2 — ∆и_1-2

В адиабатном процессе 1—2 внешняя работа

а _1-2= —и_1-2= (h₁—h₂)—(р₁s₁—p₂s₂)