Расчет основных параметров влажного воздуха

Основными характеристиками влажного воздуха являются абсолютная и относительная влажность, влагосодержание и степень насыщения.

Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяного пара (кг), содержащегося в 1м³ влажного воздуха. Абсолютная влажность может быть выражена в виде плотности пара r_п в смеси при своем парциальном давлении Р_п и температуре смеси:

(8.2)

Относительной влажностью воздуха называется отношение действительной абсолютной влажности воздуха r_п к максимально возможной абсолютной влажности r_s при той же температуре:

, или . (8.3)

Точка росы характеризуется конденсацией части пара (образование капелек жидкости), содержащегося во влажном воздухе.

Влагосодержание d оценивается отношением количества водяного пара (в кг), содержащегося в сухом воздухе, к количеству воздуха:

. (8.4)

Так как объем пара , содержащегося в воздухе, и объем воздуха равны объему смеси , то выражение (8.4) можно представить в виде:

. (8.5)

Основные параметры влажного воздуха (плотность, газовая постоянная и др.) могут быть подсчитаны по формулам смеси идеальных газов.

8.3 di-диаграмма влажного воздуха

di-диаграмма влажного воздуха предложена в 1918 г. Л.К. Рамзиным и применяется для определения параметров влажного воздуха при расчетах процессов сушки, вентиляции и отопления. При построенииdi-диаграммы используются косоугольные координаты, при которых прямые i=const проводятся под углом 135° к оси ординат (рис. 8.1). Ось влагосодержания dусловно проводится к оси ординат под углом 90°.

На диаграмму наносят сетку изотерм. На каждой изотерме находят точки с одинаковыми значениями , соединив которые, получают сетку кривых относительных влажностей воздуха . Кривая - геометрическое место точек росы и является пограничной кривой, разделяющей область ненасыщенного влажного воздуха (сверху) и область тумана (снизу), в которой влага частично находится в капельном состоянии.

Рис. 8.1. di-диаграмма влажного воздуха (диаграмма Рамзина)

При помощи di-диаграммы можно проводить следующие расчеты:

· Подогрев и охлаждение влажного воздуха, находящегося в калорифере, происходит при постоянном влагосодержании – соответственно вертикали 1-2 и 3-5. По мере охлаждения в точке 5 ранее перегретый пар становится сухим; при дальнейшем охлаждении часть пара конденсируется, и влагосодержание воздуха уменьшается. Процесс 5-6 происходит по кривой . Количество сконденсировавшейся влаги равно: .

· Процесс испарения 3-4 определяется при условии . С испарением влаги встречаются при сушке материалов перегретым воздухом. Испарение влаги происходит за счет теплоты воздуха. При этом влагосодержание воздуха увеличивается, а температура понижается. Энтальпия остается постоянной, т.к. теплота, затраченная на испарение влаги, возвращается обратно во влажный воздух с испарившейся влагой.

· В результате смешения двух потоков влажного воздуха с параметрами, характеризуемыми точками и , получаем поток влажного воздуха с параметрами, характеризуемыми точкой . Для этого соединим точки и прямой , и при помощи массовых долей смешиваемых потоков, т.е. точка делит прямую смешения в отношении . Координаты (влагосодержание и энтальпия) точки определяются по формулам:

; (8.6)

, (8.7)

где - массы потоков; - масса потока после смешения

9 Течение газов

Процессы течения газов в каналах различной формы встречаются при проектировании различных технологических устройств. Расчет таких процессов базируется на основных уравнениях газовой динамики. Применение этих уравнений и остальных законов термодинамики позволяет определить значение скоростей и остальных параметров потока в любом сечении канала. В настоящей лекции рассматриваются процессы течения газа в рамках установившейся и одномерной модели потока.

Установившееся (стационарное) течение – это течение, при котором в каждой точке пространства параметры потока не изменяются во времени. Одномерное течение – течение, при котором параметры газа изменяются только в одном направлении, т.е. в каждом поперечном сечении потока все параметры, а также скорость являются постоянными. Однако известно, что вследствие вязкости газа скорость его в пределах поперечного сечения несколько изменяется (рис. 9.1). Максимальная скорость имеет место на оси канала, у стенки скорость газа равна нулю. При допущении одномерности течения газа его действительные параметры в каждом поперечном сечении заменяются их усредненными значениями, что упрощает вид основных уравнений газовой динамики.

Рис. 9.1. Эпюра распределения скоростей в канале

Если течение газа происходит без теплообмена с окружающей средой и без трения, то такое движение называется адиабатным течением.

При исследовании одномерного течения определяют изменение давления и плотности по сечениям вдоль потока. Для описания течения газов обычно применяют систему уравнений, включающих уравнения движения, неразрывности, первого закона термодинамики и состояния газа, движение которого изучается.

Уравнения движения

Рассмотрим движение потока идеального газа через трубу переменного сечения (рис. 9.2).

Рис. 9.2. К выводу уравнения движения

Выделим в произвольный момент времени t объем газа между двумя близкими сечениями трубы F и F+dF, находящимися на расстоянии dх. Если пренебречь силой вязкости, то объем газа движется в направлении оси х со скоростью w под действием поверхностных сил от давления. Согласно второму закону механики, уравнение движения газа, находящегося в объеме Fdх, имеет вид:

,

или:

.

С точностью до малых первого порядка:

, (9.1)

где давление P = f(x,t); плотность r = j(x,t) и скорость w = w(x,t). В последнем уравнении - полная производная, то есть:

, (9.2)

отсюда

. (9.3)

Для установившегося движения , и поэтому

, или , (9.4)

где Р, r, w являются функциями только координаты х. Последнее уравнение называется уравнением Бернулли в дифференциальной форме. Еслиr = const, то после интегрирования получим:

, (9.5)

где - скоростной напор.

Если плотность r зависит от давления r = r(Р), то уравнение Бернулли можно записать в интегральной форме:

. (9.6)

Для вычисления интеграла давления

необходимо знать зависимость r = r(Р) или Р = Р(r).

С учетом соотношения получаем:

. (9.7)

Отсюда видно, что dP и dw имеют всегда противоположные знаки, т.е. скорость одномерного потока газа возрастает в направлении уменьшения давления.