Термодинамічні процеси вологого повітря

До основних термодинамічних процесів вологого повітря відносяться: нагрівання і охолодження в поверхневих теплообмінниках; ізотермічне зволоження повітря; адіабатне зволоження повітря; змішування потоків повітря з різними параметрами. Названі процеси легко будуються в I-d діаграмі вологого повітря. Вперше діаграма запропонована проф.Л.К.Рамзиним в 1918 р. Вона побудована для барометричного тиску в 745 мм.рт.ст., причому параметри відносяться до 1 кг абсолютно сухого повітря. На діаграмі у вигляді ліній представлено такі параметри: вологовміст - вертикальні лінії d = const, ентальпія - нахилені під кутом 135°С до осі I лінії I = const; ізотерми - нахилені під незначним кутом відносно осі d лінії t = const; відносна вологість - криві лінії j = const.

В нижній частині діаграми проведена нахилена до осі d допоміжна лінія для визначення парціальних тисків водяної пари, а значення тисків нанесені на крайню праву вертикальну лінію. Лінія j = 100% ділить діаграму на дві частини: верхня - область ненасиченого вологого повітря, нижня - область перенасиченого вологою повітря, в якому волога може знаходитись у кpапельному стані.

Для побудови процесів повітря в I-d діаграмі вимірюються або задаються два початкових параметри, вид процесу і один кінцевий параметр. Порядок побудування процесу такий: початкова точка процесу 1 знаходиться в місці перетину ліній двох початкових параметрів, далі з цієї точки рухаються по характерній лінії процесу до перетину з лінією кінцевого параметру і отримують кінцеву точку процесу 2. Всі лінії, які проходять через початкову або кінцеву точку визначають відомі і раніше невідомі параметри процесу. Після визначення параметрів процесу проводяться необхідні розрахунки.

За допомогою аспіраційниго психрометра вимірюється температура повітря t _с і температура води, t _м. По різниці температур (t _с - t _м) складається таблиця, з якої визначають параметри повітря. Також параметри повітря можуть бути визначені за допомогою I-d діаграми. Для цього в діаграмі знаходять ізотерму t _м і рухаються по ній до лінії j = 100 %, рис. 4.1, і отримують точку А. Із точки А по лінії I = const рухаються до пересічення з ізотермою t _с і отримують точку В, яка характеризує даний стан повітря. Лінії, які проходять через точку В, визначають раніше невідомі параметри: d _п, I _п, j _п, t _п = t _с.

З відомих термодинамічних процесів найбільше практичне значення мають процеси нагрівання і охолодження в поверхневих теплообмінниках (лінія d = const), адіабатного зволоження (лінія I = const), і полiтропний процес. Наприклад, в сушильних установках повітря спочатку нагрівається в калорифері, а потім воно направляється в сушильну камеру, де адіабатно зволожується, а матеріал висушується.

Рис. 4.1. Визначення точки в діаграмі по відомим значенням t_с і t_м

 

В I-d діаграмі (рис.4.2) нагріванню повітря відповідає лінія 1-2, теоретичному адіабатному зволоженню - лінія 2-3. Дійсний процес зволоження політропний - це лінія 2-3 д., якщо в сушильній камері відсутній додатковий підігрів.

Процес охолодження в I-d діаграмі проходить по лінії d =const. При цьому температура повітря зменшується, тому процес охолодження іде по лінії d =const вниз від початкової точки 1 до пересічення з лінією відомого кінцевого параметру, що дає кінцеву точку процесу 2.

Процес змiшування потокiв повітря в I-d діаграмі (рис.4.3) зображається прямою лінією, яка з¢єднує дві точки в діаграмі. Точки 1 і 2 характеризують стан першого та другого потоків. Точка К, яка характеризує параметри суміші, лежить на цій прямій. Її положення визначається за допомогою рівняння:

Рис. 4.2. Теоретичний і дійсний процес в сушильній установці

 

Рис. 4.3. Процес змішування і охолодження суміші

 

(4.11)

Відомі величини m _сум, m ₂ , m ₁, L _1-2, невідомий L _1-k.

У рівнянні (4.11):

m _сум = m ₁ + m ₂ - маса утвореної суміші;

m ₁ - витрата першого потоку;

m ₂ - витрата другого потоку;

L _1-2 - довжина відрізка в діаграмі, який з¢єднує першу та другу точки.

L _1-к - довжина відрізку на прямій L _1-2, який дозволяє визначити точку К, що характеризує параметри суміші. Лінії діаграми, які проходять через точку К, визначають усі невідомі раніше параметри суміші.

Якщо проходить процес змішування потоків, а потім охолодження суміші, то в I-d діаграмі ці процеси можуть мати вигляд:

1-2 - процес змішування потоків.

К - точка, що характеризує параметри суміші.

К-3 - процес охолодження повітря. В залежності від кінцевої температури т. 3 може знаходитись вище лінії j =100%, на ній, або переміщуватись по лінії j =100% вліво.