Определение температуры точки росы и построение процессов нагрева, охлаждения и охлаждения с осушением

 

При известном значении e для определения конечных параметров воздуха в вентиляционном процессе необходимо иметь 2 любых параметра начальных условий и 1 параметр конечных условий ( или наоборот). На рис.2.11. представлена последовательность построения. Шкала e на некоторых i – d диаграммах находится сверху, справа и снизу за полем диаграммы, на других – в виде окружности (рис.2.11.). При известных t (цифра1) и d (2) определяют положение точки Н (3). Соединяют точку 0 на оси ординат (4) с известным значением e (5) и получают направление луча процесса. Проводят изотерму (6), отвечающую конечным условиям. Через точку Н проводят линию, параллельную линии 4-5, до пересечения с изотермой конечной точки и получают точку К. Направление луча процесса указывают стрелкой. Два параллельных луча имеют одинаковые значения углового коэффициента e.

Величина e изменяется от - ¥ до +¥. Изменение величины e можно предемонстрировать на рис.2.12. Через точку Н на i – d диаграмме проводят окружность произвольного радиуса, а также линии i =const и d=const до пересечения с этой окружностью (точки К ₁, К ₂, К ₃ и К₄). В интервале К ₁- К ₂ e изменяется от +¥ до 0, от К ₂ до К ₃ - от 0 до - ¥ , от К ₃ до К₄ – от - ¥ до 0, от К₄ до К ₁ -от 0 до +¥.

Процесс Н ₁К ₁ ( рис.2.10.) - процесс нагревания воздуха при контакте с сухой нагретой поверхностью, происходящий в калориферах СВ и воздухонагревателях СКВ и связанный с передачей только явной теплоты. В процессе Н₂К₂происходит охлаждение воздуха при контакте с сухой охлажденной поверхностью (поверхностные воздухоохладители), при этом воздух отдает только явную теплоту. Предельной точкой в этом процессе является точка пересечения с j=100% ( t_р ). Дальнейшее охлаждение связано с отдачей не только явной, но и скрытой теплоты и процесс идет вниз по j=100% (К₂К₃). В конечном итоге такой процесс может быть представлен как политропический процесс Н₂К₃. Для расчета процессов нагрева и охлаждения можно использовать формулу:

 

Dt / Dd @ 0.98 (2.16.)

Рис.2.11

Построение луча процесса

 

 

Процессы нагревания и охлаждения называют изовлажностными.

Процесс изоэнтальпийного увлажнения при i=const (НК₂) осуществляется в камерах орошения при контакте с мелкодисперсной рециркуляционной водой, которая приобретает температуру, равную температуре воздуха по мокрому термометру (рис.2.12). Может также осуществляться при контакте с орошаемым водой пористым слоем, имеющим развитую поверхность

Угловой коэффициент изоэнтальпийнного процесса e=0 (рис.2.12.). На этом процессе построена работа аспирационного психрометра, предназначенного для определения температуры сухого(1) и мокрого (2) термометров и в конечном итоге относительной влажности точки А(4). Для расчета изоэнтальпийного процесса может быть использована формула:

 

Dt / Dd @ 2.45 (2.17.)

 

Процесс изотермического увлажнения (рис.2.13) может быть осуществлен в местном автономном кондиционере с паровым увлажнителем. Если к ненасыщенному водяными парами воздуху подмещивать пар при атмосферном давлении, то процесс на i – d диаграмме изображается прямой, приблизительно совпадающий с изотермой, проведенной из начальной точки.

Температура смеси будет оставаться постоянной до состояния полного насыщения, после чего пойдет по j=100% (например, до точки К₁) и температура смеси повысится. Это можно объяснить следующим образом. Если к воздуху, имеющему температуру t₁, подмешивается пар с той же температурой, то пока не наступит полное насыщение воздуха температура смеси будет неизменной. При этом энтальпия пара определяется по формуле:

 

i _п^‘ = 2500 +1.8 t₁ (2.18)

 

Если температура пара отлична от температуры воздуха, то энтальпия пара будет :

 

i _п^’’ = 2500 +1.8 t₂ (2.19)

 

Т.к. разность ( i _п^’’ - i _п^’ ) = 1.8 (t₂ - t₁ )<< 2500, то процесс практически не будет отклоняться от изотермы.

 

В СКВ используется увлаженение острым паром при t = 100^о С, что существенно выше температуры воздуха. Однако, явная теплота пара, ассимилируемого воздухом, незначительна. Изменение энтальпии воздуха определяется, в основном, скрытой теплотой водяного пара. В связи с этим температура повышается несущественно, т.е. процесс практически идет изотермически. Процессы изотермического увлажнения можно рассчитать по формуле:

 

e= Di / Dd @ 2.53 (2.20.)

 

 

Рис.2.12

 

Политропический процесс связан с изменением всех параметров воздуха (рис.2.14). Любой из этих процессов можно рассчитать по формуле:

 

Dt / Di @ 0.98 - 2.45 / e (2.21.)

 

Рис.2.13

Построение процесса изотермического увлажнения

 

Также просто на i – d диаграмме решаются вопросы смешивания воздуха, которые могут иметь место при его обработке. Например, наружный воздух смешивается с внутренним (рециркуляция) для уменьшения потребления теплоты, холода и влаги.

Процесс смешивания на i – d диаграмме изображается прямой, соединяющей точки, соответствующие состояниям смешивающихся масс воздуха. Точка смеси лежит на этой прямой и делит отрезок на части, обратно пропорциональные количествам вступающих в процесс смешения масс воздуха (рис.2.15).

Пусть в процесс смешивания вступает n частей воздуха с параметрами (·)1 и 1 часть воздуха с параметрами (·)2. Тогда положение точки смеси определяется из выражения:

 

(1-с )/ (c-2) = D i_1-c / Di_c-2 = D d _1-c / Dd _c-2 = G / nG = 1/n

 

Т.е. для нахождения (·)с надо отрезок 1-2 (или его проекции D i_1-2 , D d _1-2 ) разделить на (n +1) часть и от (·)1 отложить 1 часть.

 

Рис.2.14

Построение политропического процесса

 

При смешивании ненасыщенного воздуха с параметрами 1 и 2 (рис.2.16) можно получить точку смеси (·)с ниже линии j=100%, т.е. в области перенасыщенного водяным паром воздуха (области тумана, области метастабильного состояния воздуха). Известно, что из метастабильного (переходного) состояния система самопроизвольно стремится к стабильному. Таким образом смесь с параметрами (·)с стремится в более устойчивое положение на кривой насыщения - (·)с₁, при этом на каждый кг сухого воздуха в смеси выпадет Dd влаги.

Процесс нагревания и увлажнения воздуха горячей водой в холодный период года приведен на рис.2.17. Использование такого способа позволяет повысить термодинамические показатели процесса нагревания при одновременном увлажнении приточного воздуха.

 

2.4.4. Общие сведения о процессах тепло- и влагообмена воздуха с водой

Физическая сущность процессов тепло- и влагообмена воздуха с водой рассматривается при изучении дисциплины "Тепломассообмен". С позиций практической реализации эти процессы будут рассмотрены при изучении дисциплины "Кондиционирование воздуха и холодоснабжение". В данном пособии остановимся лишь на общих положениях.

Для тепловлажностной обработки воздуха в СВ и СКВ, как правило, применяют воду. Рассмотрим все возможные процессы взаимодействия воздуха и воды. В упрощенном виде эти процессы могут быть представлены следующим образом. Предполагается, что тонкий слой воздуха у поверхности воды полностью насыщен водяными парами, а температура воздуха равна температуре воды. При этом процессы тепло- и влагообмена воздуха и воды рассматриваются

Рис.2.15

Построение процесса смешивания воздуха

 

 

Рис.2.16

К построению процесса смешивания воздуха

 

Рис.2.17.

Процесс нагрева воздуха горячей водой

 

как процессы смешивания основного потока и этого тонкого слоя воздуха, насыщенного водяными парами. В процессе теплообмена температура воды изменяется, в связи с чем в расчетах принимаются некоторые промежуточные параметры смеси, полученные на прямой, соединяющей точку, соответствующую состоянию воздуха, с точкой, определяющей температуру воды на j = 100%. Параметры смеси зависят от площади контакта, времени взаимодействия, параметров воздуха и воды. В расчетах учитываются коэффициент орошения (m=G_w/ G ), e и конструктивные особенности аппарата. Точка смеси, определяющая параметры воздуха после обработки, имеет влажность j = 90-95%.

На рис.2.18 представлена область возможных процессов взаимодействия воздуха и воды. От точки Н проведены к кривой j = 100% касательные, ряд характерных линий t_н=const, i_н=const и d_н=const и промежуточные линии.

При t_w < t_р^н воздух охлаждается и осушается. Вода охлаждает воздух и отбирает теплоту, выделившуюся на ее поверхности при конденсации водяных паров. Предельным случаем в этих условиях является прямая НК₁.

При t_w = t_р ^н (НК₂) - сухое охлаждение.

При t_р^н > t_w < t_м^н- воздух увлажняется и охлаждается. Теплота воздуха идет на испарение воды (например, процесс НК₃ ).

При t_w = t_м^н (НК₄) – изоэнтальпийное увлажнение воздуха. Теплота для испарения отбирается только от воздуха, но возвращается в воздух в виде скрытой теплоты водяных паров.

При t_м^н > t_w < t_н (например, линия НК₅ ) – происходит увлажнение и охлаждение воздуха, теплота для испарения воды отбирается от воздуха и воды.

 

Рис.2.18

Область возможных процессов взаимодействия воздуха и воды

 

 

При t_w = t_н (НК₆) – изотермическое увлажнение. На испарение расходуется теплота воды.

При t_w> t_н (например, линия НК₇ ) – происходит увлажнение и нагрев воздуха. Испарение воды происходит за счет ее энтальпии.