Лекция №3 Изменение тепловлажностного состояния воздуха

В вентиляционном процессе

План

3.1. Процесс нагрева и охлаждения воздуха

3.2. Процесс адиабатического увлажнения воздуха

3.3. Процесс изотермического увлажнения воздуха

3.4. Политропический процесс тепло- и влагообмена воздуха

 

3.1. Процесс нагрева и охлаждения воздуха

В вентиляционном процессе постоянно совершается переход влажного воздуха из одного состояния в другое. Воздух, подаваемый в помещение при-точной системой вентиляции, предварительно обрабатывается в специальных установках. Ему придают определенные «кондиции» (параметры) путем нагрева или охлаждения, осушки или увлажнения, а также смешения воздушных масс различного состояния. Приточный воздух имеет параметры, отличные от параметров воздуха помещения, и благодаря этому обладает способностью, вытесняя воздух помещения и перемешиваясь с ним, ассимилировать избыточное тепло и влагу или подогревать и увлажнять воздух помещения.

Все возможные изменения тепловлажностного состояния воздуха могут быть изображены и прослежены в I-d-диаграмме.

Простейшим является процесс нагрева воздуха в результате контакта с одной нагретой поверхностью, при котором он получает только явное конвективное тепло. При этом влагосодержание воздуха остается неизменным, поэтому в I-d-диаграмме процесс нагрева изображается по d = const (рис.II.6).

Если воздух с параметрами точки 1 нагревать в калорифере, то этот процесс изобразится прямой, проведенной вертикально вверх от точки 1 до точки 2 по линии d ₁ = const.

Рис.II.6. Изображение в I-d диаграмме процессов нагрева и охлаждения воздуха.

В процессе охлаждения воздуха в результате контакта с сухой холодной поверхностью он отдает только явное конвективное тепло. В I-d-диаграмме этот процесс изображен вниз от точки 1 до точки 3 по линии d ₁ = const.

Процесс охлаждения воздуха, когда при теплообмене он отдает только явное тепло, может протекать до состояния, которое соответствует точке 4 пересечения луча d₁ = const с линией φ = 100 %. При дальнейшем охлаждении водяные пары, содержащиеся в воздухе, конденсируются, и изменение его тепловлажностного состояния прослеживается вниз налево по линии φ = 100 %. Процесс охлаждения, протекающий по линии φ = 100 %, связан с отдачей не только явного тепла, но и скрытого тепла конденсации.

Количество тепла, подводимого (отводимого) в этих случаях, опреде-ляется по формуле

 

,                                  (3.1)

 

где G – расход обрабатываемого воздуха кг/ч;  Δ I – изменение энтальпии воздуха в процессе, кДж/кг.

Знак (+) в формуле (3.1) соответствует нагреванию воздуха, (-) – охлаждению.

 

3.2. Процесс адиабатического увлажнения воздуха

Адиабатическими называются процессы, протекающие при постоянном теплосодержании воздуха (т.е. по линии I = const). При этом: .

Представим себе открытый сосуд с водой с изолированными стенками, температура воды t _w выше температуры окружающего воздуха t _в. Единственной поверхностью охлаждения является зеркало воды. .

Над открытой поверхностью воды (вблизи ее) образуется тонкая пленка паров, носящая название пограничного слоя. Так как давление водяных насыщенных паров в пограничном слое выше давления в окружающем воздухе, то из пограничного слоя будет непрерывно происходить выделение паров в окружающий воздух. Причем испарение будет тем интенсивнее, чем больше разность давлений Р _нас и Р _вп.

Для испарения воды требуется теплота.

При t _w > t _в эту теплоту отдает вода, но ввиду того, что тепло в сосуд ниоткуда не подводится, температура воды в нем будет понижаться.

Начиная с момента временим, при котором t _w = t _в, тепло отбирается не только от воды, но и от воздуха.

Процесс отбора тепла от воды продолжается до тех пор, пока ее температура не понизится до определенной постоянной величины, называемой равновесной температурой или температурой мокрого термометра (t _м). С этого момента начинается адиабатный процесс.

В связи с тем, что температура воздуха (t _в) выше температуры воды (t _w), поток явного тепла будет направлен от воздуха к воде. Одновременно в воздух поступает некоторое количество влаги (W). Явное тепло, полученное поверхностью жидкости, полностью затрачивается на испарение и возвращается в воздух в виде скрытого тепла

 

Q _q = Wr.                                   (3.2)

 

Изображение этого процесса в I-d диаграмме приведено на рис.II.7 (линияAB)

                                        

Рис.II.7 Изображение в I-d диаграмме процессов адиабатического увлажнения воздуха.

 

В вентиляционной технике рассматриваемый процесс может протекать в оросительной камере при полной рециркуляции воды.

 

3.3. Процесс изотермического увлажнения воздуха

Если в воздух подавать водяной пар, имеющий температуру воздуха по сухому термометру, то он будет увлажняться без изменения температуры.

     Процесс изотермического увлажнения воздуха паром в I-d-диаграмме прослеживается по линии t = const. При подаче пара в воздух с параметрами, которые соответствуют точке 1 (рис.II.8), состояние воздуха изменяется по линии t ₁ = const.

После увлажнения воздуха его состояние может соответствовать точке 2. Предельному состоянию воздуха в этом процессе соответствует точка 3 пересечения луча процесса с кривой φ = 100 %.

В вентиляционной практике используют процесс увлажнения воздуха острым паром. Пар обычно имеет температуру более 100 °С, т.е. значительно отличающуюся от температуры воздуха. Однако в связи с тем, что явная  энтальпия пара,  ассимилируемого  воздухом,  незначительна,  луч

                                   

                      

Рис.II.8. Изображение в I-d-диаграмме процессов изотермического увлажнения воздуха.

 

процесса идет с небольшим отклонением вверх от изотермы. Изменение энтальпии воздуха в основном определяется скрытым теплом водяного пара, температура воздуха при этом повышается незначительно.

 

3.4. Политропический процесс тепло- и влагообмена воздуха

Изменение состояния воздуха в вентиляционном процессе нередко связано с внесением или отнятием от него одновременно тепла и влаги. При произвольном соотношении количеств тепла и влаги, ассимилируемых воздухом, изменение его состояния можно изобразить в I-d-диаграмме линиями, имеющими различные направления. Если потоку воздуха, содержащего сухую часть в количестве G, кг/ч, передать Q, кДж/ч, тепла и W, кг/ч, влаги, то его энтальпия изменится на Δ I, кДж/кг, так что

 

Q = G ∙ Δ I,                             (3.3)

 

а его влагосодержание изменится на Δ d ', кг/кг, так что

 

W = G ∙Δ d '                                        (3.4)

 

отношение правых и левых частей уравнений (4.3) и (4.4) есть показатель направления луча процесса изменения состояния воздуха в I-d-диаграмме – угловой коэффициент ε

 

.                                  (3.5)

 

Если в I-d-диаграмме нанести два параллельных между собой отрезка 1-2 и 3-4, то, как это видно из подобия треугольников на рис.II.9, для них будут одинаковыми отношения

Рис.II.9. Показатель e двух параллельных лучей процессов изменения тепловлажностного состояния воздуха в I-d- диаграмме.

 

            ,                                       (3.6)

 

а следовательно, и показатель направления луча процесса ε. Отсюда можно сделать вывод, что одному и тому же углу наклона прямой в I-d-диаграмме соответствуют процессы изменения тепловлажностного состояния воздуха с определенным соотношением ассимилированных количеств тепла и влаги.

Политропический процесс с произвольным угловым коэффициентом ε включает все возможные процессы изменения тепловлажностного состояния воздуха.

Изовлажностный процесс нагрева соответствует

 

.

Изовлажностный процесс охлаждения соответствует

 

.

Процесс адиабатического увлажнения соответствует

.

     Политропический процесс при произвольном значении ε приближенно можно рассчитать, пользуясь формулой

.