Вологе повітря. Hd-діаграма вологого повітря

Вологе повітря—це суміш сухого повітря і водяної пари. Оскільки повітря—це суміш, то згідно з законом Дальтона загальний тиск суміші визначається за формулою

,

парціальний тиск сухого повітря, Па; парціальний тиск водяної пари, Па.

Максимальний парціальний тиск водяної пари при даній температурі називається тиском насичення і позначається P_s. Величина P_s водяної пари у вологому повітрі визначається тільки температурою суміші та не залежить від тиску суміші Р_{вол.пов.}. Вологе повітря, в якому парціальний тиск пари менший називається ненасиченим. Якщо ненасичене вологе повітря охолоджувати при сталому тиску, то можна досягнути стану при якому . Вологе повітря у такому стані називається насиченим, тобто вологе повітря складається із сухого повітря і насиченої водяної пари. Температура вологого повітря, при якій називається температурою точки роси. При подальшому охолодженні насиченого повітря буде більшим ніж , водяна пара стане вологою та почне конденсуватись (випадання роси).

Для характеристики пароповітряної суміші треба знати її склад. Склад суміші характеризують такі величини: абсолютна вологість повітря—це кількість водяної пари в повітрі, яка утримується в одному метрі кубічного вологого повітря і позначається

;

відносна вологість повітря—це відношення дійсної абсолютної вологості до максимальної абсолютної вологості при цій температурі

;

вологовміст—це відношення маси водяної пари, що утримується в повітрі до маси сухого повітря:

, г/кг;

ентальпія вологого повітря—визначається як сума ентальпій одного кілограма сухого повітря і одного кілограма водяної пари на вологовміст

,

при практичних розрахунках

На основі цього рівняння побудована hd-діаграма вологого повітря. Для практичних інженерних розрахунків термодинамічних процесів вологого повітря зручно користуватися hd-діаграмою вологого повітря.

Діаграма побудована для середнього атмосферного тиску та з достатньою точністю може використовуватись для невеликих відхилень від цього тиску і для робочих тіл—продуктів згоряння. За початок координат прийнято точку, в якій °С; г/кг; Дж/кг. На hd-діаграмі наносяться точки однакових вологовмістів, температур, ентальпій, відносної вологості, які потім сполучаються у відповідні криві.

За допомогою hd - діаграми можна виконати наступні розрахунки.

1. По двох відомих параметрах стану вологого повітря можна знайти місцезнаходження точки, а отже і інші параметри (h, t, ,d, p_{вод.пари}), всього п’ять.

2. Для знаходження парціального тиску водяної пари необхідно із заданої точки опустити вертикальну пряму до перетину з лінією Р_{вод.пари.}, з точки перетину по вертикалі пройти до правого поля діаграми, де прочитати парціальний тиск водяної пари.

3. Для кожного стану вологого повітря можна знайти температуру точки роси t_{т.р .}. Для цього з даної точки опустити вертикальну пряму до лінії , і з точки перетину дійти по ізотермі до лівого поля діаграми. Можна визначити температуру мокрого термометра t_{м.т .}. Для цього із даної точки по ізоентальпії пройти до перетину із лінією і далі по ізотермі до лівого поля діаграми (t_м.т.>t_{т.р .}).

4. Процес підігріву повітря у калорифері зображають вертикальною прямою, направленою вгору (1-2).

5. Процес випаровування вологи із осушуваного тіла, що відповідає зволоженню підігріваємого повітря зображаються ізоентальпією, направленою вниз (2-3).

6. Якщо змішати два об’єми повітря V₁ і V₃ із різними параметрами, то точка, що характеризує параметри суміші лежить на прямій, що з’єднує точку 1 і точку 3, і ділить цей відрізок обернено-пропорційно об’ємам складових сумішей:

.

Ці переваги використовують для теплових розрахунків сушильних камер, систем вентиляцій та кондиціонування. Метою цих розрахунків є визначення кількостей повітря і теплоти.

 

Лекція 8

Термодинаміка потоку. Витікання і дроселювання газів і парів. Основні положення. Рівняння витікання. Швидкість витікання і робота, якою володіє тіло. Критичне відношення тисків. Критичний режим. Сопло Лаваля. Розрахунок процесів витікання водяної пари з допомогою H_S – діаграми.

Термодинаміка потоку

Витіканням називають прискорений рух газу через відносно короткі канали особливої форми –сопла. Якщо в каналах проходить збільшення тиску і зменшення швидкості руху, то такі канали називаються дифузорами. Сопла і дифузори мають звужуючу і розширюючу форми. Процеси руху газів в каналах різної форми зустрічаються при проектуванні конструкцій елементів теплових машин.

Встановлений або стаціонарний рух—це рух, при якому в кожній точці простору параметри потоку газу не змінюється з часом.

Одномірний рух—рух в одному напрямку, параметри потоку змінюються лише в напрямку однієї осі X. При дослідженні одномірного руху визначають зміну тиску при зміні координати Х. Для опису руху газів застосовують слідуючу систему алгебраїчних і диференційних рівнянь: рівняння руху середовища; рівняння нерозривності або суцільності потоку; рівняння збереження енергії або першого закону термодинаміки; рівняння стану газу або суміші (для ідеальних—рівняння Мендєлєєва-Клапейрона, реальних—Ван-дер-Вальса).

Розглянемо рівняння, за допомогою яких описується фізична модель руху середовища через канал змінної форми.

1. Рівняння руху.

В це рівняння в загальному випадку входять такі параметри рухомого середовища: зміна тиску ; зміна швидкості ; зміна густини – в середовищі, що стискається.

Ці параметри можуть змінюватись як з часом, так і в напрямках трьох осей x, y, z. Але на невеликій ділянці трубопроводу з достатньою точністю можна вважати, що параметри змінюються лише вздовж осі Х.

 

Схема зміни параметрів рухомого середовища через

трубопровід змінного перерізу

 

Для приведеного випадку в кінцевому вигляді рівняння руху матиме наступний вигляд

де функції лише координати Х. Це рівняння Бернуллі в диференційній формі. Якщо для нестискуваних середовищ, то, взявши інтеграл з попереднього рівняння, можна отримати остаточний вираз

де швидкісний напір.

2. Рівняння енергії для потоку середовища.

Виводиться на основі першого закону термодинаміки і має вигляд:

.

З урахуванням попереднього рівняння руху це рівняння енергії може бути переписане

.

Отримане рівняння енергії зручне для дослідження газових потоків, оскільки в нього входить основний параметр руху—швидкість.

3. Рівняння суцільності потоку.

Воно основане на аксіомі, що через різні перерізи трубопроводу проходить одна й та ж кількість середовища (маса)

,

де густина середовища, кг/м³; площа перерізу в даному січенні, м²; швидкість середовища в даному січенні, м/с.

Для середовищ, які не стискуються попереднє рівняння спрощується і має вигляд

4. Рівняння стану рухомого середовища записується на основі рівняння Мендєлєєва-Клапейрона для ідеальних газів і на основі рівняння Ван-дер-Вальса для реальних.

В рекомендованих літературних джерелах приведені рівняння, що описують рух середовища в реальних конкретних трубопроводах із змінним перерізом елементів систем і для реальних робочих тіл. При русі середовища має місце поняття—місцева швидкість звуку

Характеристикою рухомого середовища є число Маха, що дорівнює відношенню дійсної швидкості руху середовища до місцевої швидкості звуку в даній точці

.

 

Сопло Лаваля.

В елементах теплових машин для збільшення швидкості витікання застосовують сопла Лаваля (класичне, комбіноване). Сопло Лаваля в проекції на площину має різке звуження після вхідного отвору на невеликій довжині і далі повільне розширення на значно більшій довжині.

 

Схема сопла і графіки зміни швидкості витікання і

місцевої швидкості звуку а

 

F₁—площа перерізу вхідного отвору, м²; F₂—площа перерізу вихідного отвору, м²;

F_min—мінімальна площина перерізу сопла, м².

У літературі наведені рівняння для визначення геометричних розмірів сопла при різних вхідних параметрах середовища (P,V) і різних фізичних властивостях середовища.

Найширше використання мають комбіновані сопла Лаваля, у яких довжина частини сопла, що звужується, рівна діаметру вхідного отвору, а кут конусності частини, що розширюється—10-12 град.

Дроселювання газів і парів

Дроселювання—різке звуження в каналі (миттєве) при проході рухомого середовища. Наприклад, встановлення в трубопроводі круглого перерізу дросельної

шайби, діаметр отвору якої вдвічі менший за діаметр круглого трубопроводу.

Експериментально встановлено, що при проходженні середовища через різке звуження його тиск зменшується і не повертається після звуження до попереднього значення.

Процес дроселювання має прикладне значення і покладений в основу принципу дії витратомірів.

 

 

Схема дроселювання рухомого середовища і діаграми зміни тиску,

швидкості та ентальпії.

h1=h2

Якщо ентальпія і швидкість руху в першому і другому перерізах рівні, то тиск дещо зростає після звуження, але не повертається до попереднього значення. Цю різницю можна виміряти під’єднавши дифманометр(V- подібну трубку) до звуження і після нього і по значенню визначити швидкість руху середовища.

Процес дроселювання широко використовується в термотрансформаторах (холодильна машина, тепловий насос).

Це явище використовується в пристрої—дросельний вентиль для зменшення тиску і конденсації робочого тіла (зменшення температури).

Через свою незворотність цей процес на діаграмах у технічній термодинаміці позначається пунктирною лінією.

 

Лекція 9

Процеси стиску газів в компресорах. Класифікація компресорів і принцип дії. Індикаторна діаграма. Термодинамічний аналіз процесів у компресорах. Повна робота, затрачена на привід компресора. Багатосхідчастий стиск. Зображення термодинамічних процесів, що відбуваються в компресорах в P_V – і T_S – діаграмах.