I d диаграмма описание программы. Диаграмма молье

Определение относительной влажности по психрометру

Относительная влажность наиболее точно определяется с помощью психрометра, состоящего из двух термометров, чувствительный элемент одного из которых обернут тканью, постоянно смачиваемой водой. Испарение воды с поверхности ткани происходит за счет внутренней энергии воды и чувствительного элемента «мокрого» термометра, температура которого поэтому понижается. В результате тепло- и массообмена окружающего воздуха с влажной тканью устанавливается тепловое равновесие, которому соответствует температура, показываемая «мокрым» термометром t м . Она будет меньше температуры «сухого» термометра t , показывающего действительную температуру влажного воздуха.

Интенсивность испарения, а следовательно, и снижение температуры «мокрого» термометра t м по сравнению с температурой воздуха, показываемой «сухим» термометром, т.е. t - t м , тем больше, чем дальше состояние водяных паров во влажном воздухе от состояния насыщения.

По психрометрическим таблицам (Приложение), зная t м и психрометрическую разность температур t - t м , на пересечении строки t м и столбца t - t м можно определить относительную влажность воздуха .

Параметры влажного воздуха обычно определяют графическим путем с помощью Hd- диаграммы (рис. 2). Особенностью этой диаграммы является расположение оси абсцисс под углом 135° к оси ординат. Точки с оси абсцисс спроецированы на горизонтальную (условную) ось.

Кривая является пограничной, соответствующей состояниям насыщенного влажного воздуха. Область над этой кривой соответствует состояниям ненасыщенного влажного воз-

духа, область под кривой является областью насыщенного влажного воздуха, появления росы, «тумана».

По Hd- диаграмме можно определить температуру точки росы, если т. 1 вертикально (охлаждение) спроецировать на кривую . Изотерма, которая пройдет через эту точку пересечения, соответствует температуре t росы .

Для определения парциального давления водяного пара р п по заданному влагосодержанию под кривой построена линия . Значения р п указаны на правой ординате диаграммы в мм рт.ст.

Процесс нагревания влажного воздуха. Пусть влажный воздух в состоянии т. 1 с начальной температурой t 1 и относительной влажностью нагревается в калорифере (электронагревателе) до t 2 . На Hd -диаграмме этот процесс изображается прямой 1-2 (см. рис. 2), через точки 1 и 2 которой проходят изотермы соответственно t 1 и t 2 . Процесс нагревания влажного воздуха осуществляется при , т.к. в процессе нагревания содержание влаги во влажном воздухе не меняется.

По изменению энтальпии нагреваемого воздуха Н 2 - Н 1 можно по уравнению Первого закона термодинамики определить количество подведенной теплоты (при ):

, кДж/час. (10)

Процесс сушки. Если пренебречь тепловыми потерями, то можно считать, что процесс сушки материалов нагретым воздухом в сушильной камер происходит при . На Hd- диаграмме такой процесс изображается прямой 2-3΄ (см. рис. 2). Постоянство энтальпии влажного воздуха объясняется тем, что тепло, необходимое для испарения влаги, берется из потока воздуха и возвращается в него вместе с испарившейся влагой.

В сушилке, работающей с потерями тепла в окружающую среду, процесс сушки будет происходить не по кривой 2-3΄ (при ), а по кривой 2-3. Положение точки 3 определяется по измеренным в опыте t 3 и . По изменению влагосодержания воздуха до и после сушильной камеры d 1 и d 3 можно рассчитать массу влаги, отведенной от высушиваемого материала нагретым воздухом:

, г влаги/час. (11)

При более строгом определении под следует пони­мать отношение парциальных давлений водяных паров рп, находящихся в ненасыщенном влажном воздухе к их парциальному давлению в насыщенном воздухе при той же температуре

Для об­ласти температур, характерных для кондиционирования воздуха

Плотность влажного воздуха ρ равна сумме плотностей сухого воздуха и водяного пара

где - плотность сухого воздуха при данных температуре и давлении, кг/м 3 .

Для вычисления плотности влажного воздуха можно воспользоваться другой формулой:

Из уравнения видно, что с увеличением парциального давления пара при неизменных давлении p (барометрическом) и температуре T плотность влажного воздуха уменьшается. Поскольку это уменьшение незначительно, на практике принимают .

Степень насыщения влажного воздуха ψ - отношение его влагосодержания d к влагосодержанию насыщенного воздуха при той же темпе­ратуре: .

Для насыщенного воздуха .

Энтальпия влажного воздуха I (кДж/кг) - количество тепла, содержащееся в воздухе, отне­сенное к 1кг сухого или (1+d) кг влажного воздуха.

За нулевую точку принимают энтальпию сухого воздуха (d = 0) с температурой t = 0°С. Поэтому энтальпия влажного воздуха может иметь положительные и отрицательные значения.

Энтальпия сухого воздуха

где - массовая теплоемкость сухого воздуха.

Энтальпия водяного пара включает количество теплоты, необходимое для превращения воды в пар при t =0 o C и количество теплоты, затраченной на нагрев полученного пара до температуры t o C. Энтальпия d кг водяного пара содержащегося в 1кг сухого воздуха: ,

2500 - скрытая теплота парообразования (испарения) воды при t=0 o C;

- массовая теплоемкость водяных паров.

Энтальпия влажного воздуха равна сумме энтальпии 1кг сухого воздуха и энтальпии d кг водяных паров:

где - теплоемкость влажного воздуха, отнесенная к 1 кг сухого воздуха.

Когда воздух находится в состоянии тумана, в нем могут быть взвешенные капли влаги d вод и даже кристал­лы льда d л . Энтальпия такого воздуха в общем виде

Энтальпия воды =4.19t , энтальпия льда .

При температуре больше нуля градусов (t >0°C) в воздухе будет капельная влага, при t < 0°С - кристаллы льда.

Температура точки росы -температура воздуха, при которой в изобарном процессе охлаж­дения парциальное давление водяного пара р п становится рав­ным давлению насыщения . При этой температуре начинается выпадение влаги из воздуха.

Т.е. точкой росы называют ту температуру, при которой имеющийся в воздухе водяной пар при своей неизменной плотности становится вследствие охлаждения воздуха насыщенным паром (j =100%). Для приведенных выше примеров (см. табл. 2.1), когда при 25 о С абсолютная влажность j становится 50 %, точкой росы будет температура около 14 о С. А когда при 20 о С абсолютная влажность j становится 50 %, точкой росы будет температура около 9 о С.

Человек при высоких значениях точки росы чувствует себя некомфортно (см.табл.2.2).

Таблица 2.2 – Ощущения человека при высоких значениях точки росы

В районах с континентальным климатом условия с точкой росы между 15 и 20 °C доставляют некоторый дискомфорт, а воздух с точкой росы выше 21 °C воспринимается как душный. Нижняя точка росы, менее 10 °C, коррелирует с более низкой температурой окружающей среды, и тело требует меньшего охлаждения. Нижняя точка росы может пойти вместе с высокой температурой только при очень низкой относительной влажности.

Диаграмма d- I влажного воздуха

Расчет и анализ процессов тепловлажностной обработки воздуха по вышеприведенным зависимостям сложен. Для расчета процессов, происходящих с воздухом при изменении его состоя­ния, используют тепловую диаграмму влажного воздуха в коор­динатах d-I (влагосодержание - энтальпия), которая была предложена нашим соотечественником профессором Л.К.Рамзиным в 1918г.

Л. К. Рамзин (1887-1948) - советский инженер-теплотехник, изобретатель

прямоточного котла. http://ru.wikipedia.org/wiki/Рамзин

Она получила широкое распространение у нас и за гра­ницей. Диаграмма d-I влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров.

Построение диаграммы основано на зависимости .

Чаще всего диаграмма d-I строится для давления воздуха, равного 0,1013 МПа (760 мм рт.ст.). Встречаются диаграммы и для других барометрических давлений.

Ввиду того, что барометрическое давление на уровне моря изменяется от 0,096 до 0,106 МПа (720 - 800 мм рт.ст.), рас­четные данные по диаграмме следует рассматривать как сред­ние.

Диаграмму строят в косоугольной системе координат (под 135°). При этом диаграмму становится удобной для графических построений и для расчетов процессов кондиционирования воздуха, поскольку расширяется область ненасыщенного влажного воздуха. Однако в целях сокращения размеров диаграммы и удобства использования зна­чения d сносят на условную ось, расположенную под 90° к оси I .

Диаграмма d-I изображена на рисунке 1. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры t = const, которые не параллельны между собой - чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t , на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. Иногда наносят линию парци­альных давлений водяного пара р п и линии других параметров.

Рисунок 1 – Тепловая диаграмма d-I влажного воздуха

Существенное значение имеет следующее свойст­во диаграммы. Если воздух изме­нил свое состоя­ние от точки а до точки б , без­различно по како­му процессу, то на диаграмме d-I это изменение мож­но представить в виде отрезка пря­мой аб . При этом приращению энтальпии возду­ха будет соот­ветствовать отре­зок бв=I б -I а . Изотерма, прове­денная через точ­ку а , разделит отрезок бв на две части:

отрезок бд , представляющий из­менение доли ощу­тимого тепла (за­паса тепловой энергии, измене­ние которой приводит к изменению температуры тела): .

отрезок дв , определяющий в масштабе изменение теплоты парообразования (изменение этой теплоты не вызывает изменения температуры тела): .

Отрезок aг соответствует изменению влагосодержания воздуха . Точку росы находят, опустив перпенди­куляр из точки состояния воздуха (например из точки б ) на условную ось d до пересечения с линией насыщения (φ=100%). На рис. 2.6 К-точка росы для воздуха, начальное состояние которого определяла точка б .

Направление процесса, происходящего в воздухе, характеризуется изменениями энтальпии I и влагосодержания d .

Основные свойства влажного воздуха можно с достаточной для технических расчетов точностью определить при помощи i-х - диаграммы, разработанной Л.K. Рамзиным (1918 г.). Диаграмма i-х (рис. 1, 2) построена для постоянного давления р = 745 мм рт. ст. (около 99 кН/м 2), которое, по многолетним статистическим данным, принято как среднегодовое для центральных районов бывшего СССР.

На оси ординат отложены в определенном масштабе энтальпии i, а на наклонной оси абсцисс - влагосодержание х. Угол между осями координат - 135°, но для удобства пользования значения влагосодержания х спроектированы на вспомогательную ось, перпендикулярную оси ординат.

На диаграмме имеются линии:

• · постоянного влагосодержания (х = const) - вертикальные прямые, параллельные оси ординат;
• · постоянной энтальпии (i = const) - прямые, параллельные оси абсцисс, т.е. направленные под углом 135° к оси ординат;
• · постоянных температур, или изотермы (t = const);
• · постоянной относительной влажности (ц = const);
• · парциальных давлений водяного пара (р) во влажном воздухе, значения которых отложены в масштабе на правой оси ординат диаграммы.

Рис. 1. Диаграмма влажного воздуха i - х (а)

Линии постоянных температур, или изотермы, задаются при данной температуре t = const двумя произвольными значениями х 1 и х 2 . Затем вычисляют значение i, соответствующее каждому значению х. Полученные точки (х 1 , i 1) и (х 2 , i 2) наносят на диаграмму и проводят через них прямую, которая является изотермой t = const.

Линии постоянной относительной влажности выражают зависимость между х и р при ц = const. Принимая при данном ц = const несколько произвольных температур t 1 , t 2 , t 3 для каждой из них находят по таблицам водяного пара соответствующие значения р и вычисляют отвечающее ему значение х. Точки с известными координатами (t 1 , х 1), (t 2 , х 2), (t 3 , х 3) и т.д. соединяют кривой, которая является линией ц = const.

Рис. 2.

При температурах t > 99,4 °С величина ц не зависит от температуры (так как при этом р = 745 мм рт. ст., для которого построена диаграмма) и практически является величиной постоянной. Поэтому линии ц = const при 99,4 °С имеют резкий перелом и идут почти вертикально вверх.

Линия ц = 100 % соответствует насыщению воздуха водяным паром при данной температуре. Выше этой линии расположена рабочая площадь диаграммы, отвечающая ненасыщенному влажному воздуху, используемому в качестве сушильного агента.

Линии парциального давления, проведенные в нижней части диаграммы, позволяют определить парциальное давление, если известно положение точки на диаграмме, соответствующей состоянию воздуха.

По диаграмме i-x по любым двум известным параметрам влажного воздуха можно найти точку, характеризующую состояние воздуха, и определить все его остальные параметры.

Диаграмма влажного воздуха дает графическое представление о связи параметров влажного воздуха и является основной для определения параметров состояния воздуха и расчета процессов тепловлажностной обработки.

В I-d диаграмме (рис. 2) по оси абсцисс откладывается влагосодержание d г/кг сухого воздуха, а по оси ординат − энтальпия I влажного воздуха. На диаграмме нанесены вертикальные прямые постоянного влагосодержания (d = const). За начало отсчета принята точка О, в которой t = 0 °С, d = 0 г/кг и, следовательно, I = 0 кДж/кг. При построении диаграммы использована косоугольная система координат для увеличения области ненасыщенного воздуха. Угол между направлением осей 135° или 150°. Для удобства пользования под углом 90º к оси энтальпий проводят условную ось влагосодержаний. Диаграмма строится для постоянного барометрического давления. Пользуются I-d диаграммами, построенными для атмосферного давления р б = 99,3 кПа (745 мм.рт.ст) и атмосферного давления р б = 101,3 кПа (760 мм.рт.ст).

На диаграмму нанесены изотермы (t с = const) и кривые относительной влажности (φ = const). Уравнение (16) показывает, что изотермы в I-d диаграмме − прямые линии. Все поле диаграммы линией φ = 100% разделено на две части. Выше этой линии расположена область ненасыщенного воздуха. На линии φ = 100% находятся параметры насыщенного воздуха. Ниже этой линии располагаются параметры состояния насыщенного воздуха, содержащего взвешенную капельную влагу (туман).

Для удобства работы в нижней части диаграммы строится зависимость, наносят линию парциального давления водяного пара р п от влагосодержания d. Шкала давлений располагается с правой стороны диаграммы. Каждая точка на I-d диаграмме соответствует определенному состоянию влажного воздуха.

Определение параметров влажного воздуха по I-d диаграмме. Метод определения параметров показан на рис. 2. Положение точки А определяется двумя параметрами, например, температурой t А и относительной влажностью φ А. Графически определяем: температуру сухого термометра t с, влагосодержание d А, энтальпию I А. Температура точки росы t р определяется как температура точки пересечения линии d А = const с линией φ = 100 % (точка Р). Параметры воздуха в состоянии полного насыщения влагой определяются на пересечении изотермы t А с линией φ = 100 % (точка Н).

Процесс увлажнения воздуха без подвода и отвода теплоты будет проходить при постоянной энтальпии I А = const (процесс А-М). На пересечения линии I А = const с линией φ = 100 % (точка М) находим температуру мокрого термометра t м (линия постоянной энтальпии практически совпадает с изотермой
t м = const). В ненасыщенном влажном воздухе температура мокрого термометра меньше температуры сухого термометра.

Парциальное давление водяного пара p П находим, проведя из точки А линию d А = const до пересечения с линией парциального давления.

Разность температур t с – t м = Δt пс называется психрометрической, а разность температур t с – t р гигрометрической.

I-d-диаграмма влажного воздуха была разработана русским ученым, профессором Л.К. Рамзиным в 1918 г. На западе аналогом I-d-диаграммы является диаграмма Молье или психрометрическая диаграмма. I-d-диаграмма применяется в расчетах систем кондиционирования воздуха, вентиляции и отопления и позволяет быстро определить все параметры воздухообмена в помещении.

I-d-диаграмма влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров. Использование диаграммы позволяет наглядно отобразить вентиляционный процесс, избегая сложных вычислений по формулам.

Основные свойства влажного воздуха

Окружающий нас атмосферный воздух является смесью сухого воздуха с водяным паром. Эту смесь называют влажным воздухом. Влажный воздух оценивают по следующим основным параметрам:

• Температура воздуха по сухому термометру tc, °C - характеризует степень его нагрева;
• Температура воздуха по мокрому термометру tм, °C - температура, до которой нужно охладить воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении начальной энтальпии воздуха;
• Температура точки росы воздуха tp, °C - температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания;
• Влагосодержание воздуха d, г/кг – это количество водяного пара в г (или кг), приходящееся на 1 кг сухой части влажного воздуха;
• Относительная влажность воздуха j, % – характеризует степень насыщенности воздуха водяными парами. Это отношение массы водяных паров, содержащихся в воздухе, к максимально возможной их массе в воздухе при тех же условиях, то есть температуре и давлении, и выраженное в процентах;
• Насыщенное состояние влажного воздуха – состояние, при котором воздух насыщен водяными парами до предела, для него j = 100 %;
• Абсолютная влажность воздуха е, кг/м 3 — это количество водяных паров в г, содержащихся в 1 м 3 влажного воздуха. Численно абсолютная влажность воздуха равна плотности влажного воздуха;
• Удельная энтальпия влажного воздуха I, кдж/кг – количество теплоты, необходимое для нагревания от 0 °С до данной температуры такого количества влажного воздуха, сухая часть которого имеет массу 1 кг. Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии сухой его части и энтальпии водяных паров;
• Удельная теплоемкость влажного воздуха с, кДж/(кг.К) – теплота, которую надо затратить на один килограмм влажного воздуха, чтобы повысить температуру его на один градус Кельвина;
• Парциальное давление водяных паров Рп, Па – давление, под которым находятся водяные пары в влажном воздухе;
• Полное барометрическое давление Рб, Па – равно сумме парциальных давлений водяного пара и сухого воздуха (согласно закону Дальтона).

Описание I-d-диаграммы

По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части воздуха. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры t = const, которые не параллельны между собой: чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. В нижней части I-d-диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара Рп, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара Рп. Все поле диаграммы разделено линией j = 100 % на две части. Выше этой линии расположена область ненасыщенного влажного воздуха. Линия j = 100 % соответствует состоянию воздуха, насыщенного водяными парами. Ниже расположена область пересыщенного состояния воздуха (область тумана). Каждая точка на I-d-диаграмме соответствует определенному тепловлажностному состоянию Линия на I-d-диаграмме соответствует процессу тепловлажностной обработки воздуха. Общий вид I-d-диаграммы влажного воздуха представлен ниже во вложенном файле PDF пригоден для печати в форматах А3 и А4.

Построение процессов обработки воздуха в системах кондиционирования и вентиляции на I-d-диаграмме.

Процессы нагрева, охлаждения и смешивания воздуха

На I-d-диаграмме влажного воздуха процессы нагрева и охлаждения воздуха изображаются лучами по линии d-const (рис. 2).

Рис. 2. Процессы сухого нагрева и охлаждения воздуха на I-d-диаграмме:

• В_1, В_2,– сухой нагрев;
• В_1, В_3 – сухое охлаждение;
• В_1, В_4, В_5 – охлаждение с осушением воздуха.

Процессы сухого нагрева и сухого охлаждения воздуха на практике осуществляют, применяя теплообменники (воздухонагреватели, калориферы, воздухоохладители).

Если влажный воздух в теплообменнике охлаждается ниже точки росы, то процесс охлаждения сопровождается выпадением конденсата из воздуха на поверхности теплообменника, и охлаждение воздуха сопровождается его осушкой.