hd-диаграмма влажного воздуха (рис. 14.1), предложенная в 1918 ᴦ.
Рис.14.1. hd-диаграмма влажного воздуха
Л. К.Рамзиным, широко используется для решения практических задач в тех областях, где рабочим телом служит влажный воздух. По оси ординат откладывают энтальпию h, кДж/кг влажного воздухa, а по оси абсцисс влагосодержание d,г/кг с.в. Для удобства (сокращение площади диаграммы) ось абсцисс направлена под углом 135° к оси ординат. На данной диаграмме вместо наклонной оси абсцисс проведена горизонтальная линия, на которой нанесены действительные значения d.На hd-диаграмме линии h=const -это циклонные линии, а линии d=const -вертикальные прямые.
Из уравнения
следует, что в координатах hd изотермы изображаются прямыми линиями. Вместе с тем, на диаграмму наносят кривые φ=const.
Кривая φ=100%делит поле на две области и является своего рода пограничной кривой: φ<100% характеризует область ненасыщенного влажного воздуха (в воздухе содержится перегретый пар); φ >100% - область, в которой влага находится в воздухе частично в капельном состоянии;
φ-100%характеризует насыщенный влажный воздух.
За начало отсчета параметров влажного воздуха выбирают точку 0,для которой Т=273,15 К, d=0, h=0.
Любая точка на hd-диаграмме определяет физическое состояние воздуха. Для этого должны быть заданы два параметра (к примеру, φ и t или h u d).Изменение состояния влажного воздуха изобразится на диаграмме линией процесса. Рассмотрим ряд примеров.
1) Процесс нагревания воздуха происходит при постоянном влагосодержании, так как количество пара в воздухе в данном случае не изменяется. На hd-диаграмме данный процесс изображается линией 1-2 (рис.14.2). В данном процессе повышаются температура и энтальпия воздуха, и уменьшается его относительная влажность.
Рис. 14.2 Изображение на hd- диа-
грамме характерных процессов
изменения состояния воздуха
2) Процесс охлаждения воздуха на участке над кривой φ-100%также протекает при постоянном влагосодержании (процесс 1-5). В случае если продолжать процесс охлаждения до точки 5" -неположенной на кривой φ-100%,то в данном состоянии влажный воздух будет насыщенным. Температура в точке 5" есть температура точки росы. Дальнейшее охлаждение воздуха (ниже точки 5")приводит к конденсации части водяного пара.
3) В процессе адиабатного осушения воздуха конденсация влага происходит за счёт теплоты влажного воздуха без внешнего теплообмена. Этот процесс протекает при постоянной энтальпии (процесс 1-7), причем влагосодержание воздуха уменьшается, а температура его увеличивается.
4) Процесс адиабатного увлажнения воздуха, сопровождающийся увеличением влагосодержания воздуха и уменьшением его температуры, изображен на диаграмме линией 1- 4.
Процессы адиабатного увлажнения и осушения воздуха широко используются для обеспечения заданных параметров микроклимата в сельскохозяйственных производственных помещениях.
5) Процесс осушения воздуха при постоянной температуре изображается линией 1-6, а процесс увлажнения воздуха при постоянной температуре - линией 1-3.
Hd- диаграмма влажного воздуха - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Hd- диаграмма влажного воздуха" 2017, 2018.
Гемолитическая болезнь новорожденных Гемолитическое заболевание возникает тогда, когда кровь матери и плода - несовместимы. Однако, это расстройство не обозначает, несовместимость между которым антигеном и антителом вызывает заболевание. У плода болезнь возникает... .
Наследование D антигеннаследуется как одинген(RHD) (на коротком плече первой хромосомы, p36.13-p34.3) с различными аллелями. Если упростить эти процессы, то можно подумать об аллелях, которые являются положительными или отрицательными для антигена D. Ген кодирует белок RhD на... .
2. Агрегатное состояние - жидкости 3. Боевое состояние иприта: аэрозоль, пар, капли 4. Медико-тактическая характеристика очага химического поражения: очаг стойкий, замедленного и смертельного действия. 5. Пути поступления в организм – все (ингаляционно, ч/к, в/ж, ч/раны и... .
Влажный воздух - это смесь сухого воздуха c водяным паром. Свойства влажного воздуха характеризуются следующими основными параметрами: температура по сухому термометру t, барометрическое давление P б, парциальное давление водяного пара P п, относительная влажность φ, влагосодержание d, удельная энтальпия i, температура точки росы t р, температура мокрого термометра t м, плотность ρ.
i-d диаграмма представляет собой графическую зависимость между основными параметрами воздуха t, φ, d, i при определённом барометрическом давлении воздуха P б и используется для визуализации результатов расчёта процессов обработки влажного воздуха.
i-d диаграмма впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Л. К. Рамзиным.
Диаграмма построена в косоугольной системе координат, что позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха и делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат диаграммы отложены значения удельной энтальпии i, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси i, отложены значения влагосодержания d. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений удельной энтальпии i=const и влагосодержания d=const. На диаграмму нанесены также линии постоянных значений температуры t=const, которые не параллельны между собой, а чем выше температура влажного воздуха, тем больше изотермы отклоняются вверх. На поле диаграммы нанесены также линии постоянных значений относительной влажности φ=const.
Относительной влажностью называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе заданного состояния, к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре.
Влагосодержание - это масса водяного пара во влажном воздухе, приходящаяся на 1 кг массы сухой его части.
Удельная энтальпия - это количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесённое к 1 кг сухого воздуха.
i-d диаграмма кривой φ=100% разбита на две области. Вся область диаграммы, лежащая выше этой кривой, характеризует параметры ненасыщенного влажного воздуха, а ниже - область тумана.
Туман является двухфахной системой, состоящей из насыщенного влажного воздуха и взвешенной влаги в виде мельчайших капель воды или частичек льда.
Для расчёта параметров влажного воздуха и построения i-d диаграммы используются четыре основных уравнения:
1) Давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью воды (t > 0) или льда (t ≤ 0), кПа:
где α в, β в - постоянные для воды, α в = 17,504, β в = 241,2 °С
α л, β л - постоянные для льда, α л = 22,489, β л = 272,88 °С
2) Относительная влажность φ, %:
где P б - барометрическое давление, кПа
4) Удельная энтальпия влажного воздуха i, кДж/кг с.в.:
Температура точки росы - это температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания.
Для отыскания температуры точки росы на i-d диаграмме через точку, характеризующую состояние воздуха, нужно провести линию d=const до пересечения с кривой φ=100%. Температура точки росы является предельной температурой, до которой можно охладить влажный воздух при постоянном влагосодержании без выпадения конденсата.
Температура мокрого термометра - это температура, которую принимает ненасыщенный влажный воздух с начальными параметрами i 1 и d 1 в результате адиабатного тепло- и массообмена с водой в жидком или твёрдом состоянии, имеющей постоянную температуру t в =t м после достижения им насыщенного состояния, удовлетворяющего равенству:
где c в - удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг·°C)
Разность i н - i 1 обычно невелика, поэтому процесс адиабатного насыщения часто называют изоэнтальпийным, хотя в действительности i н = i 1 только при t м = 0.
Для отыскания температуры мокрого термометра на i-d диаграмме через точку, характеризующую состояние воздуха, нужно провести линию постоянной энтальпии i=const до пересечения с кривой φ=100%.
Плотность влажного воздуха определяется по формуле, кг/м 3:
где T - температура в градусах Кельвина
Количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха, можно рассчитать по формуле, кВт:
Количество теплоты, отводимое от воздуха при охлаждении, кВт:
где i 1 , i 2 - удельная энтальпия в начальной и конечной точках соответственно, кДж/кг с.в.
G с - расход сухого воздуха, кг/с
где d 1 , d 2 - влагосодержание в начальной и конечной точках соответственно, г/кг с.в.
При смешении двух потоков воздуха влагосодержание и удельную энтальпию смеси определяют по формулам:
На диаграмме точка смеси лежит на прямой 1-2 и делит её на отрезки, обратно пропорциональные смешиваемым количествам воздуха:
|
Возможен случай, когда точка смеси 3* окажется ниже линии φ=100%. В этом случае процесс смешения сопровождается конденсацией части содержащегося в смеси водяного пара и точка смеси 3 будет лежать на пересечении линий i 3* =const и φ=100%.
На представленном сайте на странице "Расчёты" можно рассчитать до 8 состояний влажного воздуха с построением лучей процессов на i-d диаграмме.
Чтобы определить начальное состояние, нужно указать два параметра из четырёх (t, φ, d, i) и расход сухого воздуха L с *. Расход задаётся в предположении плотности воздуха 1,2 кг/м 3 . Отсюда определяется массовый расход сухого воздуха, используемый в дальнейших вычислениях. В выходную таблицу выводятся фактические значения объёмного расхода воздуха, соответствующие реальной плотности воздуха.
Новое состояние можно вычислить, определив процесс и задав конечные параметры.
На диаграмме отображаются следующие процессы: нагрев, охлаждение, адиабатическое охлаждение, пароувлажнение, смешение и общий процесс, определяемый двумя любыми параметрами.
| Процесс | Обозначение | Описание |
| Нагрев | O | Вводится заданная конечная температура, либо заданная тепловая мощность. |
| Охлаждение | C | Вводится заданная конечная температура, либо заданная холодильная мощность. Этот расчет основан на допущении, что температура поверхности охладителя остается неизменной, и начальные параметры воздуха стремятся в точку с температурой поверхности охладителя при φ=100%. Как будто происходит смешение воздуха начального состояния с полностью насыщенным воздухом у поверхности охладителя. |
| Адиабатическое охлаждение | A | Вводится заданная конечная относительная влажность, либо влагосодержание, либо температура. |
| Пароувлажнение | P | Вводится заданная конечная относительная влажность, либо влагосодержание. |
| Общий процесс | X | Вводятся значения двух параметров из четырёх (t, φ, d, i), являющиеся конечными для заданного процесса. |
| Смешение | S | Этот процесс определяется без задания параметров. Используются два предыдущих значения расхода воздуха. Если при смешении достигается максимально допустимое влагосодержание, то происходит адиабатическая кондесация водяных паров. В результате вычисляется количество сконденсированной влаги. |
ЛИТЕРАТУРА:
1. Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учеб. пособие. - СПб.: СПбГАХПТ, 1998. - 146 c.
2. Справочное пособие АВОК 1-2004. Влажный воздух. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2004. - 46 с.
3. ASHRAE Handbook. Fundamentals. - Atlanta, 2001.
Состояние влажного воздуха на психометрической диаграмме определяется с помощью двух указанных параметров. Если, мы выберем любую температуру по сухому термометру и любую температуру по мокрому термометру, то точка пересечения этих линий на диаграмме является точкой, обозначающей состояние воздуха при данных температурах. Состояние воздуха в данной точке обозначено совершенно определённо.
Когда на диаграмме найдено определённое состояние воздуха, все остальные параметры воздуха могут быть определены с помощью J-d диаграммы .
Пример 1.
t = 35°С , а температура точки росы ТР равна t Т.Р. = 12°С , чему равна температура по мокрому термометру?
Решение см. рисунок 6.
На шкале температур находим численное значение температуры точки росы t Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы φ = 100% . Получаем точку с параметрами точки росы — Т.Р .
Из этой точки d = const t = 35°С .
Получаем искомую точку А
Из точки А проводим линию постоянного теплосодержания — J = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% .
Получаем точку мокрого термометра - Т.М.
Из полученной точки — Т.М. проводим линию изотермы — t = const до пересечения со шкалой температур.
Считываем искомое численное значение температуры мокрого термометра — Т.М. точки А , которое равно
t Т.М. = 20,08°С.
Пример 2.
Если температура влажного воздуха по сухому термометру равна t = 35°С , а температура точки росы t Т.Р. = 12°С , чему равна относительная влажность?
Решение см. рисунок 7.
t = 35°С и проводим линию изотермы — t = const .
t Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы — t = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% .
Получаем точку росы — Т.Р .
Из этой точки — Т.Р. проводим линию постоянного влагосодержания — d = const t = 35°С .
Это и будет искомая точка А , параметры которой были заданы.
Искомая относительная влажность в этой точке будет равна
φ А = 25%.
Пример 3.
Если температура влажного воздуха по сухому термометру равна t = 35°С , а температура точки росы t Т.Р. = 12°С , чему равна энтальпия воздуха?
Решение см. рисунок 8.
На шкале температур находим численное значение температуры по сухому термометру — t = 35°С и проводим линия изотермы — t = const .
На шкале температур находим численное значение температуры точки росы — t Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы — t = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% .
Получаем точку росы — Т.Р.
Из этой точки — Т.Р. проводим линию постоянного влагосодержания — d = const до пересечения с линией изотермы по сухому термометру t = 35°С .
Это и будет искомая точка А , параметры которой были заданы. Искомое теплосодержание или энтальпия в этой точке будет равна
J А = 57,55 кДж/кг.
Пример 4.
При кондиционировании воздуха, связанного с его охлаждением (тёплый период года) мы в основном заинтересованы в определении количества тепла, которое должно быть отведено, чтобы в достаточной степени охладить воздух для поддержания расчётных параметров микроклимата в помещении. При кондиционировании воздуха, связанного с его нагревом (холодный период года), наружный воздух необходимо подогреть для обеспечения расчётных условий в рабочей зоне помещения.
Предположим, например, что наружная температура воздуха по мокрому термометру равна t H T.M = 24°С , а в кондиционируемом помещении необходимо поддерживать t B T.M = 19°С по мокрому термометру.
Общее количество тепла, которое необходимо отвести от 1 кг сухого воздуха, определяется по следующей методике.
См. рисунок 9.
Энтальпия наружного воздуха при t H T.M = 24°С по мокрому термометру равна
p= J Н = 71,63 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Энтальпия внутреннего воздуха при t B TM = 19 °С по мокрому термометру равна
J В = 53,86 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Разность энтальпий между наружным и внутренним воздухом равна:
JН — JВ = 71,63 — 53,86 = 17,77 кДж/кг.
Исходя из этого, общее количество тепла, которое должно быть отведено при охлаждении воздуха с t H T.M = 24°С по влажному термометру до t B T.M = 19°С по влажному термометру, равно Q = 17,77 кДж на 1 кг сухого воздуха , что равно 4,23 ккал или 4,91 Вт на 1 кг сухого воздуха.
Пример 5.
Во время отопительного сезона необходимо нагреть наружный воздух с t Н = - 10°С по сухому термометру и с t H T.M = - 12,5°С по мокрому термометру до температуры внутреннего воздуха t В = 20°С по сухому термометру и t B T.M = 11°С по мокрому термометру. Определить количество сухого тепла, которое должно быть добавлено к 1 кг сухого воздуха.
Решение см. рисунок 10.
На J–d диаграмме по двум известным параметрам – по температуре сухого термометра t Н = - 10°С и по температуре мокрого термометра t H T.M = - 12,5°С определяем точку наружного воздуха исходя из температуры по сухому термометру t Н = - 10°С и из температуры наружного воздуха – Н .
Соответственно, определяем точку внутреннего воздуха – В .
Считываем теплосодержание — энтальпию наружного воздуха — Н , которая будет равна
J Н = - 9,1 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Соответственно, теплосодержание — энтальпия внутреннего воздуха — В будет равна
J В = 31,66 кДж/ на 1 кг сухого воздуха
Разность энтальпий внутреннего и наружного воздуха равна:
ΔJ = J В — J Н = 31,66 — (-9,1) = 40,76 кДж/ кг.
Это изменение количества тепла является изменением количества тепла только сухого воздуха, т.к. нет изменения его влагосодержания.
Сухое или явное тепло – тепло , которое добавляется или отводится от воздуха без изменения агрегатного состояния пара (изменяется только температура).
Скрытая теплота – тепло, идущее на изменение агрегатного состояния пара без изменения температуры. Температура точки росы обозначает влагосодержание воздуха.
При изменении температуры точки росы происходит изменение влагосодержания, т.е. иными словами, влагосодержание может быть изменено только при изменении температуры точки росы. Необходимо отметить поэтому, что если температура точки росы остаётся постоянной, то влагосодержание также не изменяется.
Пример 6.
Воздух, который имеет начальные параметры t Н = 24°С по сухому термометру и t H T.M = 14°С по мокрому термометру, должен быть кондиционирован, чтобы его конечные параметры стали равны t К = 24°С по сухому термометру и t K T.M = 21°С по мокрому термометру. Необходимо определить количество добавляемой скрытой теплоты, а также количество добавляемой влаги.
Решение см. рисунок 11.
На шкале температур находим численное значение температуры по сухому термометру — t Н = 24°С , и проводим линию изотермы — t = const .
Аналогично, на шкале температур находим численное значение температуры по мокрому термометру — t H T.M. = 14°С , проводим линию изотермы — t = const .
Пересечение линии изотермы — t H T.M. = 14°С с линией относительной влажности — φ = 100% даёт точку мокрого термометра воздуха с начальными заданными параметрами — точка М.Т.(Н) .
Из этой точки проводим линию постоянного теплосодержания — энтальпии — J = const до пересечения с изотермой — t Н = 24°С .
Получаем точку на J-d диаграмме с начальными параметрами влажного воздуха — точка Н , т считываем численное значение энтальпии
J Н = 39,31 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Аналогично поступаем для определения точки влажного воздуха на J-d диаграмме с конечными параметрами — точка К .
Численное значение энтальпии в точке К будет равно
J К = 60,56 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
В данном случае к воздуху с начальными параметрами в точке Н необходимо добавить скрытое тепло, чтобы конечные параметры воздуха находились в точке К .
Определяем количество скрытого тепла
ΔJ = J К - J Н = 60,56 — 39,31 = 21,25 кДж/ кг.
Проводим из начальной точки — точка Н , и конечной точки — точка К вертикальные линии постоянного влагосодержания — d = const , и считываем значения абсолютной влажности воздуха в этих точках:
J Н = 5,95 г / на 1 кг сухого воздуха;
J К = 14,4 г / на 1 кг сухого воздуха.
Взяв разность абсолютных влажностей воздуха
Δd = d К -d Н = 14,4 — 5,95 = 8,45 г / на 1 кг сухого воздуха
получим количество влаги, добавляемой на 1 кг сухого воздуха.
Изменение количества тепла является изменением количества только скрытой теплоты, т.к. нет изменения в температуре воздуха по сухому термометру.
Наружный воздух при температуре t Н = 35°С по сухому термометру и t H T.M. = 24°С по мокрому термометру — точка Н , должен быть перемешан с рециркуляционным воздухом, имеющим параметры t Р = 18°С по сухому термометру и φ Р = 10% относительной влажности — точка Р.
Смесь должна состоять из 25% наружного воздуха и 75% рециркуляционного воздуха. Определить конечные температуры смеси воздуха по сухому и влажному термометрам.
Решение см. рисунок 12.
Наносим на J-d диаграмму точки Н и Р согласно исходных данных.
Соединяем точки Н и Р прямой линией — линией смеси.
На линии смеси НР определяем точку смеси С исходя из соотношения, что смесь должна состоять из 25% наружного воздуха и 75% рециркуляционного воздуха. Для этого от точки Р откладываем отрезок равный 25% всей длины линии смеси НР . Получим точку смеси С .
Оставшаяся длина отрезка СН равна 75% длины линии смеси НР .
Из точки С проводим линию постоянной температуры t = const и на шкале температур считываем температуру точки смеси t С = 22,4°С по сухому термометру.
Из точки С проводим линии постоянного теплосодержания J = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% и получаем точку температуры мокрому термометра t C T.M. смеси. Для получения численного значения из этой точки проводим линию постоянной температуры и на шкале температур определяем численное значение температуры влажного термометра смеси, которое равно t C T.M. = 12°С .
При необходимости на J-d диаграмме можно определить все недостающие параметры смеси:
- теплосодержание, равное J С = 33,92 кДж/кг ;
- влагосодержание, равное d С = 4,51 г/кг ;
- относительную влажность φ С = 27 % .
Определять параметры влажного воздуха, а также решать ряд практических вопросов, связанных с сушкой различных материалов, весьма удобно графическим путем с помощью i-d диаграммы, впервые предложенным советским ученым Л. К. Рамзиным в 1918 году.
Строится для барометрического давления 98 кПа. Практически диаграммой можно пользоваться во всех случаях расчета сушилок, так как при обычных колебаниях атмосферного давления значения i и d изменяются мало.
Диаграмма в координатах i-d представляет собой графическую интерпретацию уравнения энтальпии влажного воздуха. Она отражает связь основных параметров влажного воздуха. Каждая точка на диаграмме выделяет некоторое состояние с вполне определёнными параметрами. Для нахождения любой из характеристик влажного воздуха достаточно знать только два параметра его состояния.
I-d диаграмма влажного воздуха построена в косоугольной системе координат. На оси ординат вверх и вниз от нулевой точки (i = 0, d = 0) откладывают значения энтальпии и проводят линии i = const параллельно оси абсцисс, то есть под углом 135 0 к вертикали. При этом изотерма 0 о С в ненасыщенной области располагается почти горизонтально. Что же касается масштаба для отсчета влагосодержания d, то для удобства его сносят на горизонтальную прямую, проходящую через начало координат.
На i-d диаграмму наносят также кривую парциального давления водяного пара. С этой целью используют уравнение:
Р п = В*d/(0,622 + d),
Hешая которое для переменных значений d получаем, что, например при d=0 Р п =0, при d=d 1 Р п =Р п1 , при d=d 2 Р п =Р п2 и т.д. Задаваясь определенным масштабом для парциальных давлений, в нижней части диаграммы в прямоугольной системе осей координат по указанным точкам строят кривую Р п =f(d). После этого на i-d диаграмму наносят кривые линии постоянной относительной влажности (φ = const). Нижняя кривая φ = 100% характеризует состояние воздуха, насыщенного водяным паром (кривая насыщения ).
Также на i-d диаграмме влажного воздуха строятся прямые линии изотерм (t = const), характеризующие процессы испарения влаги с учетом дополнительного количества теплоты, вносимой водой, имеющей температуру 0 о С.
В процессе испарения влаги энтальпия воздуха остается постоянной, так как теплота, отбираемая от воздуха для подсушивания материалов, возвращается обратно к нему вместе с испаренной влагой, то есть в уравнении:
i = i в + d*i п
Уменьшение первого слагаемого будет компенсироваться увеличением второго слагаемого. На i-d диаграмме этот процесс проходит по линии (i = const) и носит условное название процесса адиабатного испарения . Пределом охлаждения воздуха является адиабатная температура мокрого термометра, которую находят на диаграмме как температуру точки на пересечении линий (i = const) с кривой насыщения (φ = 100%).
Или другими словами, если из точки А (с координатами i = 72 кДж/кг, d = 12,5 г/ кг сух. возд., t = 40 °C, V = 0,905 м 3 /кг сух. воз. φ = 27%), выделяющей некоторое состояние влажного воздуха, провести вниз вертикальный луч d = const, то он будет представлять собой процесс охлаждения воздуха без изменения его влагосодержания; значение же относительной влажности φ при этом постепенно нарастает. При продолжении этого луча до пересечения с кривой φ = 100% (точка "В" с координатами i = 49 кДж/кг, d = 12,5 г/ кг сух. возд., t = 17,5 °C, V = 0,84 м 3 /кг сух. воз. j = 100%), мы получаем наименьшую температуру t p (она называется температурой точки росы ), при которой воздух с данным влагосодержанием d ещё способен сохранять пары в неконденсированном виде; дальнейшее понижение температуры приводит к выпадению влаги либо во взвешенное состояние (туман), либо в виде росы на поверхностях ограждений (стенах вагона, продуктах), или инея и снега (трубах испарителя холодильной машины).
Если воздух в состоянии А увлажнять без подвода или отвода тепла (например, с открытой водной поверхности), то процесс характеризующийся линией АС, будет происходить без изменения энтальпии (i = const). Температура t м на пересечении этой линии с кривой насыщения (точка "С" с координатами i = 72 кДж/кг, d = 19 г/ кг сух. возд., t = 24 °C, V = 0,87 м 3 /кг сух. воз. φ = 100%) и есть температура мокрого термометра .
С помощью i-d удобно анализировать процессы, происходящие при смешивании потоков влажного воздуха.
Также i-d диаграмма влажного воздуха широко применятся для расчетов параметров кондиционирования воздуха, под которым понимают совокупность средств и способов воздействия на температуру и влажность воздуха.
Используя систему уравнений, включающую зависимости 4.9, 4.11, 4.17, а также функциональную связь Р н = f (t ), Л.К. Рамзин построил J -d диаграмму влажного воздуха, которая широко применяется в расчетах систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Эта диаграмма представляет собой графическую зависимость между основными параметрами воздуха t , , J , d и Р п при определенном барометрическом давлении воздуха Р б.
Построение J -d диаграммы подробно описано в работах .
Состояние влажного воздуха характеризуется точкой, нанесенной на поле J -d диаграммы, ограниченном линией d = 0 и кривой = 100%.
Положение точки задается любыми двумя параметрами из пяти, указанных выше, а также температурами точки росы t р и мокрого термометра t м . Исключение составляют сочетания d - Р п и d - t р, т.к. каждому значению d соответствует только одно табличное значение Р п и t р, и сочетание J - t м.
Схема определения параметров воздуха для заданной точки 1 приведена на рис. 1.
Пользуясь J -d диаграммой в прил. 4 и схемой на рис. 1, решим конкретные примеры для всех 17 возможных сочетаний заданных начальных параметров воздуха, конкретные значения которых указаны в табл. 7.
Схемы решений и полученные результаты показаны на рис. 2.1 ... 2.17. Известные параметры воздуха выделены на рисунках утолщенными линиями.
5.2. Угловой коэффициент луча процесса на j-d диаграмме
Возможность быстрого графического определения параметров влажного воздуха является важным, но не основным фактором при использовании J -d диаграммы.
В результате нагревания, охлаждения, осушения или увлажнения влажного воздуха изменяется его тепло-влажностное состояние. Процессы изменения изображаются на J -d диаграмме прямыми линиями, которые соединяют точки, характеризующие начальные и конечные состояния воздуха.
Рис. 1. Схема определения параметров влажного воздуха на J -d диаграмме
Таблица 7
|
Номер рисунка |
Известные параметры воздуха |
||||||
|
t 1 , °C |
кДж/кг с.в. |
Р п1 , кПа |
t р1 , °C |
t м1 , °C |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Эти линии называются лучами процессов изменения состояния воздуха. Направление луча процесса на J -d диаграмме определяется угловым коэффициентом . Если параметры начального состояния воздуха J 1 и d 1 , а конечного – J 2 и d 2 , то угловой коэффициент выражается отношением J /d , т.е.:
.
(5.1)
Величина углового коэффициента измеряется в кДж/кг влаги.
Если в уравнении (29) числитель и знаменатель умножить на массовый расход обрабатываемого воздуха G , кг/ч, то получим:
,
(5.2)
где Q п - полное количество тепла, переданное при изменении состояния воздуха, кДж/ч;
W - количество влаги, переданное в процессе изменения состояния воздуха, кг/ч.
В зависимости от соотношения J и d угловой коэффициент может изменять свой знак и величину от 0 до .
На рис. 3 показаны лучи характерных изменений состояния влажного воздуха и соответствующие им значения углового коэффициента.
1. Влажный воздух с начальными параметрами J 1 и d 1 нагревается при постоянном влагосодержании до параметров точки 2, т.е. d 2 = d 1 , J 2 > J 1 . Угловой коэффициент луча процесса равен:
Рис. 3. Угловой коэффициент на J -d диаграмме
Такой процесс осуществляется, например, в поверхностных воздухонагревателях, когда температура и энтальпия воздуха возрастают, относительная влажность уменьшается, но влагосодержание остается постоянным.
2. Влажный воздух одновременно нагревается и увлажняется и приобретает параметры точки 3. Угловой коэффициент луча процесса 3 > 0. Такой процесс протекает, когда приточный воздух ассимилирует тепло- и влаговыделения в помещении.
3. Влажный воздух увлажняется при постоянной температуре до параметров точки 4, 4 > 0. Практически такой процесс осуществляется при увлажнении приточного или внутреннего воздуха насыщенным водяным паром.
4. Влажный воздух увлажняется и нагревается с повышением энтальпии до параметров точки 5. Так как энтальпия и влагосодержание воздуха увеличиваются, то 5 > 0. Обычно такой процесс происходит при непосредственном контакте воздуха с отепленной водой в камерах орошения и в градирнях.
5. Изменение состояния влажного воздуха происходит при постоянной энтальпии J 6 = J 1 = const. Угловой коэффициент такого луча процесса 6 = 0, т.к. J = 0.
Процесс изоэнтальпийного увлажнения воздуха циркуляционной водой широко используется в системах кондиционирования. Он осуществляется в камерах орошения или в аппаратах с орошаемой насадкой.
При контакте ненасыщенного влажного воздуха с мелкими каплями или тонкой пленкой воды без отвода или подвода тепла извне, вода в результате испарения увлажняет и охлаждает воздух, приобретая температуру мокрого термометра.
Как следует из уравнения 4.21, в общем случае угловой коэффициент луча процесса при изоэнтальпийном увлажнении не равен нулю, т.к.
,
где с w = 4,186 - удельная теплоемкость воды, кДж/кг°С.
Действительный изоэнтальпийный процесс, при котором = 0 возможен только при t м = 0.
6. Влажный воздух увлажняется и охлаждается до точки 7. В этом случае угловой коэффициент 7 < 0, т.к. J 7 – J 1 0, a d 7 – d 1 > 0. Такой процесс протекает в форсуночных камерах орошения при контакте воздуха с охлажденной водой, имеющей температуру выше точки росы обрабатываемого воздуха.
7. Влажный воздух охлаждается при постоянном влагосодержании до параметров точки 8. Так как d = d 8 – d 1 = 0, a J 8 – J 1 < 0, то 8 = -. Процесс охлаждения воздуха при d = const происходит в поверхностных воздухоохладителях при температуре поверхности теплообмена выше температуры точки росы воздуха, когда нет конденсации влаги.
8. Влажный воздух охлаждается и осушается до параметров точки 9. Выражение углового коэффициента в этом случае имеет вид:
Охлаждение с осушкой происходит в камерах орошения или в поверхностных воздухоохладителях при контакте влажного воздуха с жидкой или твердой поверхностью, имеющей температуру ниже точки росы.
Отметим, что процесс охлаждения с осушкой при непосредственном контакте воздуха и охлажденной воды ограничен касательной, проведенной из точки 1 к кривой насыщения = 100%.
9. Глубокая осушка и охлаждение воздуха до параметров точки 10 происходит при прямом контакте воздуха с охлажденным абсорбентом, например, раствором хлористого лития в камерах орошения или в аппаратах с орошаемой насадкой. Угловой коэффициент 10 > 0.
10. Влажный воздух осушается, т.е. отдает влагу, при постоянной энтальпии до параметров точки 11. Выражение углового коэффициента имеет вид
.
Такой процесс можно осуществить с помощью растворов абсорбентов или твердых адсорбентов. Заметим, что реальный процесс будет иметь угловой коэффициент 11 = 4,186t 11 , где t 11 - конечная температура воздуха по сухому термометру.
Из рис. 3. видно, что все возможные изменения состояния влажного воздуха располагаются на поле J -d диаграммы в четырех секторах, границами которых являются линии d = const и J = const. В секторе I процессы происходят с увеличением энтальпии и влагосодержания, поэтому значения > 0. В секторе II происходит осушение воздуха с увеличением энтальпии и значения < 0. В секторе III процессы идут с уменьшением энтальпии и влагосодержания и > 0. В секторе IV происходят процессы увлажнения воздуха с понижением энтальпии, поэтому < 0.