Контрольні запитання

1. Що таке вологий газ (повітря)? Чому наявність водяної пари внемож-ливлює використання для вологих газів залежностей, одержаних для ідеальних газів?

2. Що таке тиск насичення водяної пари? Що таке насичений газ?

3. Що таке точка роси? Методи визначення точки роси. Від чого залежить температура точки роси?

4. Що таке абсолютна і відносна вологість газу?

5. Як визначити параметри газу в ненасиченому стані за відомою величи-

ною відносної вологості?

6. Як впливає тиск газу на параметри насичення вологого газу?

7. Від чого залежить можливість вологого газу утримувати в своєму складі водяну пару в перегрітому стані?

8. Як на I-d - діаграмі проходить процес сухого нагрівання; сухого охолодження, зволоження?

9. Що таке температура мокрого термометра і як вона визначається?

10. Показати на I-d - діаграмі процес адіабатного охолодження повітря водою, температура якої дорівнює температурі мокрого термометра. При температурі води, меншій за температуру мокрого термометра.

11. Як визначається кількість теплоти, витраченої на ізобарне нагрівання вологого повітря від температури t₁ до температури t₂?

12. Показати основні ізолінії на I-d - діаграмі вологого повітря.

13. Чим відрізняються такі характеристики вологого повітря, як абсолютна вологість і вологовміст?

14. Як визначити кількість вологи, що виділяється із вологого повітря при його охолодженні при відносній вологості =100%?

15. Як здійснюється осушення газу?

16. Установити температуру точки роси і температуру мокрого термометра для повітря з вологовмістом 6 г/кг і температурою 20⁰С.

Задачі

№1. Визначити вологовміст і об’ємну частку водяної пари у природному газі з молекулярною масою 18 кг/кмоль із тиском 2 ата, якщо температура точки роси вологи у газі становить t_p= +8⁰C, а дійсна температура газу також дорівнює +8⁰C.

Розв’язання

Точка роси відповідає стану насичення, при якому =100%, а всі параметри вологого газу набувають величин, відповідних стану насичення. Дійсна температура газу однакова з температурою точки роси. Це означає, що газ перебуває саме у стані насичення.

Згідно з таблицею11 знаходимо величину тиску насичення водяної пари при температурі +8⁰С і загальному тискові газу 2 ата, Р_н = 1066,3 Па.

Відповідно до залежності (104) визначаємо величину вологовмісту в стані насичення

= 5,28 г/кг.

Вологовміст розраховують також згідно із залежністю (102)

, г/кг.

Густина водяної пари при температурі +8⁰С визначається за діаграмами стану водяної пари [1] ρ_п = 8,35 г/м³.

Густину сухого газу обчислюють із рівняння стану сухого газу

P_г·υ_г = R_г ·T_г , або ,

звідси = 1,55 кг/м³,

де Р_г− парціальний тиск сухого газу, що визначають із закону Дальтона (97)

Р_г = Р – Р_н = 2·101320 – 1066,3 = 201573,7 Па.

Таким чином, вологовміст становитиме

= 5,3 г/кг.

Для наведення масової кількості водяної пари воб’ємну необхідно вико-нати обчислення згідно із залежністю

% об .= = 0,98 % об.

Отже, при величині точки роси, рівній + 8⁰С, у газі буде міститись до 1% об. водяної пари.

№2. Парціальний тиск водяної пари в атмосферному повітрі при Р_бар = 745 мм. рт. ст становить Р_П = 1500 Па, температура повітря +20⁰С. Визначити відносну й абсолютну вологість повітря.

Розвязання

Парціальний тиск насичення водяної пари при температурі +20 ⁰С згідно з I-d - діаграмою становить Р_Н = 18 мм рт.ст. (2394 Па). Таким чином, при пар- ціальному тиску 1500 Па водяна пара знаходиться у повітрі в перегрітому стані.

Згідно з рівнянням (100) визначається відносна вологість повітря

.

Абсолютну вологість повітря у насиченому стані при температурі t=20⁰С обчислюють відповідно до таблиць фізичних характеристик вологого повітря а_н = 17,2 г/м³.

Абсолютну вологість при  = 62,6% визначають за залежністю

а = а_н    0,01 = 0,01  62,6  17,2 = 10,7 г/м³.

Крім того, абсолютна вологість у стадії насичення могла бути визначена аналітично згідно з (105)

а_н = кг/м³ = 18 г/м³.

№3. Для висушування деревини використовують зовнішнє повітря при температурі t₁ = +20⁰С і ₁ = 60%. Спочатку його підігрівають при d = const у калорифері до t₂ = +95⁰С , а потім направляють у сушарку, звідки повітря виходить при температурі t₃ = +35⁰С.

Визначити витрати повітря і теплоти на 1 кг випарованої у сушарці воло-ги; годинні витрати повітря, якщо маса деревини ,котра висушується у сушарці за одну годину, становить 500 кг/год, початкова вологість деревини В₁ = 50%, а кінцева  10%.Установити вологовміст повітря на виході із сушарки d ₃ = ? і витрати насиченої водяної пари з тиском 3 ата для калорифера.

Розвязання

У діаграмі I-d знаходять початковий стан зовнішнього повітря при темпе-

ратурі t₁ = +20^оС і ₁ = 60%. На перетині відповідних ліній t₁ та ₁ за допомогою діаграми визначають d₁ = 8,9 г/кг, i₁ = 10,2 ккал/кг = 42,8 кДж/кг.

Із точки 1 проводять лінію d = const до перетину з ізотермою t₂ = 95^оС у точці 2. Процес 1-2 характеризує нагрівання повітря у калорифері. За I-d -діаграмою для точки 2 визначають і₂ = 28,5 ккал/кг =119,8 кДж/кг.

Із точки 2 проводять лінію І = const до перетину з ізотермою t₃ = 35^оС у точці 3. Для точки 3 із I-d - діаграми стану повітря визначають d₃ = 32,8 г/кг; і₂ = і₃ = 28,5 ккал/кг = 119,8 кДж/кг. Адіабатний та ізоентальпійний процес 2-3 характеризує зміну стану вологого повітря у сушарці.

Розраховують зміну вологовмісту на 1 кг сухого повітря

d = d₃  d₁ = 32,8  8,9 = 23,9 г/кг.

Витрати сухого повітря для випаровування з деревини 1 кг вологи визна-чаються за залежністю

кг сухого повітря.

Кількість вологи, яку необхідно випарувати з деревини за одну годину, обчислюють за формулою

G = 0,01  m_д (В₁  В₂) = 500 (0,5  0,1) = 200 кг/год.

Годинні витрати сухого повітря становлять

M = m_П  G = 41,8  200 = 8360 кг/год.

Витрати теплоти на нагрівання повітря визначаються за різницею ентальпій повітря до і після калорифера, як для ізобарного процесу

q = і₂  і₁ = 119,8  42,8 = 77 кДж/кг ;

Q = q_1-2  m = 77  8360 = 643720 кДж/год = 178,8 кВт.

Згідно з рівнянням теплового балансу кількість теплоти Q_1-2 , що витрача-ється на нагрівання повітря, повинна дорівнювати кількості теплоти Q_ПАРИ, яка виділяється у калорифері при подачі у нього пари та її конденсації ( за умови відсутності втрат теплоти у навколишнє середовище)

Q_1-2 = Q_ПАРИ.

Кількість теплоти, що виділяється при конденсації насиченої пари, визначається за формулою (44)

Q_ПАРИ = m_ПАРИ  r ,

де r прихована теплота пароутворення при тиску пари в 3 ата визнача-ється відповідно до таблиць водяної пари [1] або іS - діаграми водяної пари, r = 517,3 ккал/кг = 2172,7 кДж/кг.

Витрати водяної пари для нагрівання повітря будуть становити

m_ПАРИ = кг/год.

Вологовміст повітря за рахунок асиміляції вологи, що виділяється з деревини, збільшується від d₁ = d₂ = 8,9 г/кг до d₃ = 32,8 г/кг. Відносна воло-гість повітря на виході із сушарки згідно з побудованим в І –d - діаграмі процесом 1-2-3 становить 90%.

№4. Параметри зовнішнього припливного повітря, що надходить у приміщення, становлять : t₁ = +21^оС, ₁ = 50%. У приміщенні має місце надлишкове виділення явної теплоти у кількості Q_Н = 30 кВт = 25714 ккал/год;

із змоченої поверхні поступає 20 кг/год вологи, яка випаровується за рахунок теплоти повітря; внаслідок нещільності паропроводу у приміщення поступає суха водяна пара у кількості G_П = 30 кг/год, ентальпія пари і = 640 ккал/год. Температуру мокрого термометра t_М = +18^оС прийняти рівну температурі рідини, що випаровується у приміщенні. Обчислити відносну вологість ₂ , ентальпію і₂ та вологовміст d₂ повітря, котре видаляється із приміщення , якщо температура повітря, яке видаляється, становить 25^оС.

Розвязання

Визначають величину променя тепловологісного співвідношення  за залежністю (110)

,

де Q_H  надлишкове явне виділення теплоти у приміщенні згідно з умовою задачі, Q_H = 25714 ккал/год; Q_ВВ  кількість теплоти, яка надходить у приміщення з випаруваною вологою , визначається за залежністю

Q_ВВ = W  t_М , ккал/год ;

Q_П  кількість теплоти, котра надходить у приміщення з парою, роз- раховується за формулою

Q_П = G_П  і , ккал/год.

Відкладаємо одержану величину тепловологісного співвідношення на І-d - діаграмі, проводимо промінь процесу із точки 1 до перетину з ізотермою t₂= = +25^оС  одержуємо точку 2, що характеризує параметри повітря, яке видаляється з приміщення. За т.2 визначаємо за допомогою І-d - діаграми невідомі параметри повітря: вологовміст d₂  13,5 г/кг, відносну вологість ₂ = 56% , ентальпію і₂ = 13 ккал/кг.

Процес 12 зміни стану повітря показаний на І-d - діаграмі додатка 4 .