§12. Свойства влажного воздуха

Во многих технологических процессах химической, нефтеперера­батывающей и нефтехимической промышленности используют ат­мосферный воздух, который нагнетают компрессорами под различ­ным давлением.

Воздух в атмосфере никогда не бывает абсолютно сухим, в нем всегда содержится некоторое количество водяного пара. Смесь су­хого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом.

Давление смеси воздуха с водяным паром по закону Дальтона равно р = р_в + р_п где р— давление влажного воздуха, равное ат­мосферному; р_в и р_п — парциальные давления соответственно сухо­го воздуха и водяного пара.

Если влажный воздух охлаждать, то его можно довести до тем­пературы, равной температуре насыщенного водяного пара при дан­ном парциальном давлении. Такая температура называется точкой росы. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденси­роваться — появится туман.

В зависимости от количества водяного пара, находящегося в ат­мосфере, воздух имеет различную степень влажности.

Абсолютной влажностью воздуха называют массу водяного пара, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха.

Абсолютная влажность не дает ясного представления о дейст­вительной степени влажности воздуха, потому что не учитывает состояния находящегося в нем пара, который в зависимости от температуры может быть насыщенным и ненасыщенным. Для оцен­ки влажности воздуха чаще пользуются относительной влажностью.

Относительной влажностью воздуха ср называют отношение мас­сы водяного пара, находящегося в 1 м³ смеси, к количеству насы­щенного пара в 1 м³ смеси при той же температуре. Эта величина равна отношению плотности водяного пара при его парциальном давлении р_п и температуре влажного воздуха к плотности насыщен­ного пара р_н при той же температуре и давлении:

φ= р_п / р_н

Для измерения влажности (абсолютной и относительной) слу­жат специальные приборы — гигрометры и психрометры. Для влаж­ного воздуха составлены таблицы, которые позволяют для каждой температуры определять плотность насыщенного пара и его дав­ление.

Количество влаги (пара), приходящегося на 1 кг сухого возду­ха в смеси, называется влагосодержанием.

§13. Истечение и дросселирование

Истечение газов и паров — широко распространенный процесс в паровых и газовых турбинах и в реактивных двигателях.

Обычно рассматривают истечение пара или газа через сопло (насадок). В зависимости от назначения сопла бывают суживающиеся, цилиндрические и расширяющиеся. Скорость, которую ра­бочее тело приобретает при выходе из сопла, называют скоростью истечения, а количество (массу) рабочего тела, выходящее из соп­ла за секунду, — секундным расходом. Истечение пара или газа считают процессом адиабатным, так как скорости истечения на­столько велики, что за время пребывания вещества в сопле между ним и окружающей средой практически нет теплообмена.

Режим истечения, при котором в устье сужающегося или ци­линдрического сопла устанавливается скорость, равная местной скорости звука, называют критическим. Критическому режиму ис­течения соответствуют критические значения параметров пара или газа (р_к и V_K). В сужающемся и цилиндрическом сопле нельзя по­лучить скорость истечения, которая была бы больше скорости зву­ка. Шведский инженер и изобретатель Лаваль в 1889 г. впервые предложил сопло, в котором суживающаяся часть дополняется расширяющимся конусом с углом 10—12°. Это сопло получило на­звание сопла Лаваля. В суживающейся части сопла пар или газ расширяется от начального давления до критического, причем в минимальном сечении устанавливается критическая скорость. В расширяющейся части сопла обеспечивается дальнейше плавное расширение пара или газа до давления окружающей среды без от­рыва потока от стенок сопла и образования вихрей. При этом пар или газ вытекает из сопла со сверхзвуковой скоростью. Эти сопла широко применяют в паровых и газовых турбинах, реактивной технике.

Не менее важное значение имеет процесс дросселирования газа и пара. Дросселированием называют процесс понижения давления пара или газа при прохождении их через какое-либо местное со­противление в трубопроводе (шайба, задвижка, клапан и т. д.). В процессе дросселирования рабочее тело расширяется, однако оно не производит внешней работы. При дросселировании реального га­за в зависимости от условий температура его может возрастать, уменьшаться или оставаться без изменения.

Эффект изменения температуры при дросселировании называет­ся дроссель-эффектом. Этот параметр может быть положительным (ДГ<0), отрицательным (∆T>0) и равным нулю (∆T= 0). Измене­ние температуры определяется соотношением начальной темпера­туры и температуры превращения.

Во многих производствах дросселирование применяют для полу­чения холода и сжижения газов, разделения воздуха и кокосового газа.