Vlažni zrak su glavne karakteristike vlažnog zraka. Termodinamički parametri vlažnog vazduha. Pažnja! Važna definicija
Atmosferski zrak je gotovo uvijek vlažan zbog isparavanja vode iz otvorene vode u atmosferu, kao i zbog izgaranja organskih goriva sa stvaranjem vode itd. Grijani atmosferski zrak se vrlo često koristi za sušenje različitih materijala u komorama za sušenje i u drugim tehnološkim procesima. Relativni sadržaj vodene pare u zraku također je jedna od najvažnijih sastavnica klimatske ugode u stambenim i zatvorenim prostorijama za dugotrajno skladištenje prehrambenih proizvoda i industrijskih proizvoda. Te okolnosti određuju važnost proučavanja svojstava vlažnog zraka i izračunavanja procesa sušenja.
Ovdje ćemo razmotriti termodinamičku teoriju vlažnog zraka uglavnom s ciljem učenja kako izračunati proces sušenja vlažnog materijala, tj. naučiti izračunati protok zraka koji bi osigurao potrebnu brzinu sušenja materijala na navedenim parametrima jedinice za sušenje, a također razmotriti pitanja analize i izračunavanja klimatizacijskih i klimatizacijskih jedinica.
Vodena para koja postoji u zraku može biti ili u pregrijanom ili u zasićenom stanju. Pod određenim uvjetima, vodena para u zraku može se kondenzirati; tada vlaga ispada u obliku magle (oblaka), ili se površno zamagljuje - padne rosa. Unatoč tome, uprkos faznim prijelazima, vodena para u vlažnom zraku može se s velikom preciznošću smatrati idealnim plinom do suhog zasićenog stanja. U stvari, na primjer, na temperaturi t \u003d 50 o S zasićena para ima pritisak p s \u003d12300 Pa i specifična zapremina. Imajući u vidu da je konstanta plina za vodenu paru
tj. s tim se parametrima čak i zasićena vodena para s pogreškom ne većom od 0,6% ponaša kao idealan plin.
Stoga ćemo vlažni zrak smatrati mješavinom idealnih plinova s \u200b\u200bjedinom upozorenjem da će se u uvjetima bliskim zasićenju parametri vodene pare odrediti iz tablica ili dijagrama.
Uvedimo neke koncepte koji karakterišu stanje vlažnog zraka. Neka vlažni zrak u ravnoteži bude s volumenom od 1 m 3. Tada će količina suhog zraka u tom volumenu biti, po definiciji, gustoća suvog zraka ρ sv (kg / m 3), a količina vodene pare, ρ vp (kg / m 3). Ta količina vodene pare se naziva apsolutna vlaga vlažan zrak. Gustina vlažnog zraka će očigledno
Treba imati na umu da gustoću suvog zraka i vodene pare treba izračunati na odgovarajućim djelomičnim pritiscima, tako da
tj. smatramo fer Daltonov zakon za vlažan zrak.
Ako je temperatura važnog zraka tonda
Često se umjesto gustoće vodene pare, tj. umjesto apsolutne vlage vlažan zrak karakterizira tzv sadržaj vlage d, koja se definira kao količina vodene pare na 1 kg suhog zraka. Za određivanje sadržaja vlage d odaberite malo jačine u vlažnom vazduhu V 1, tako da masa suvog zraka u njemu iznosi 1 kg, tj. dimenzija V 1 u našem slučaju je m 3 / kg sv. Tada će biti količina vlage u ovom volumenu dkg VP / kg St. Sadržaj vlage dpovezana s apsolutnom vlagom ρ VP. U stvari, masa vlažnog zraka u volumenu V 1 je jednak
Ali od volumena V 1 smo izabrali tako da sadrži 1 kg suvog zraka, očito je. Drugi pojam je, po definiciji, sadržaj vlage dtj.
Uzimajući u obzir suvi zrak i vodenu paru kao idealne gasove, dobijamo
Uzimajući u obzir odnos sadržaja vlage i parcijalnog pritiska vodene pare u zraku
Supstituirajući ovdje numeričke vrijednosti, konačno imamo
Budući da vodena para još uvek nije idealan plin u smislu da su njen parcijalni pritisak i temperatura mnogo niži od kritičnih, vlažni zrak ne može sadržavati proizvoljnu količinu vlage u obliku pare. Ilustrirajte to na dijagramu p - v vodena para (vidi Sliku 1).
Neka se početno stanje vodene pare u vlažnom zraku predstavi tačkom C. Ako je sada pri stalnoj temperaturi t Dodavanjem vlage u obliku pare vlažnom zraku, na primjer, isparavanjem vode s otvorene površine, tačka koja prikazuje stanje vodene pare kretat će se duž izoterme t C \u003d const na levoj strani. Gustina vodene pare u vlažnom zraku, tj. njegova apsolutna vlaga će se povećati. Ovo povećanje apsolutne vlage nastavit će se sve dok vodena para ne dobije zadanu temperaturu t C neće postati suho zasićen (stanje S). Daljnje povećanje apsolutne vlage na određenoj temperaturi nije moguće, jer će se vodena para početi kondenzirati. Dakle, maksimalna vrijednost apsolutne vlage na određenoj temperaturi je gustoća suhe zasićene pare pri ovoj temperaturi, tj.
Odnos apsolutne vlage na određenoj temperaturi i maksimalne moguće apsolutne vlage na istoj temperaturi naziva se relativna vlažnost vlažnog zraka, tj. po definiciji koju imamo
Moguća je i druga varijanta kondenzacije pare u vlažnom zraku, a to je izobarno hlađenje vlažnog zraka. Tada parcijalni pritisak vodene pare u zraku ostaje konstantan. Tačka C na grafikonu p - v pomaknut će se lijevo duž izobara do točke R. Tada će vlaga početi padati. Ovakva se situacija vrlo često provodi ljeti tokom noći za vrijeme hlađenja zraka, kada na hladnim površinama pada rosa, a u zraku se formira magla. Iz tog razloga, temperatura u tački R, na kojoj rosa počinje da se taloži, naziva se tačkom rosišta i označava se sa t R. Definiše se kao temperatura zasićenja koja odgovara zadanom parcijalnom tlaku pare
Entalpija vlažnog zraka na 1 kg suhog zraka izračunava se zbrajanjem
uzima se u obzir da se entalpije suvog zraka i vodene pare mjere od temperature 0 ° C (tačnije, od temperature trostruke tačke vode jednake 0,01 ° C).
Atmosferski zrak uvijek sadrži jednu ili drugu količinu vlage u obliku vodene pare. Takva mješavina suvog zraka i vodene pare naziva se vlažan zrak. Osim vodene pare, vlažan zrak može sadržavati sitne kapljice vode (u obliku magle) ili ledene kristale (snijeg, ledena magla). Vodena para u vlažnom zraku može biti u zasićenom ili pregrijanom stanju. Naziva se mješavina suvog zraka i zasićene vodene pare zasićen vlažan vazduh. Naziva se mješavina suvog zraka i pregrijane vodene pare nezasićene vlažan vazduh. Pri niskim (blizu atmosferskim) pritiscima, s tačnošću dovoljnom za tehničke proračune, može se smatrati i suvi zrak i vodena para kao idealni plinovi. Prilikom izračunavanja vlažnog zraka obično se uzima u obzir 1 kg suhog zraka. Varijabla je količina pare sadržane u smjesi. Zbog toga se sve specifične vrijednosti koje karakteriziraju vlažan zrak odnose na 1 kg suhog zraka (a ne na smjesu).
Termodinamička svojstva vlažnog zraka karakteriziraju sljedeći parametri stanja: temperatura suvog termometra t s; sadržaj vlage d, entalpija I, relativna vlaga φ. Pored toga, u proračunima se koriste i drugi parametri: temperatura vlažnog termometra t m, temperatura rosišta t p, gustina zraka ρ, apsolutna vlaga e, parcijalni pritisak vodene pare p p.
Temperatura -termodinamička količina koja određuje stepen zagrevanja tela. Trenutno se koriste različite temperaturne ljestvice: Celzijus (t, ºS), Kelvin (T, K), Fahrenheit (f, ºF) itd. Odnosi između očitanja na ovim ljestvicama određeni su sljedećim jednadžbama:
T K \u003d t ºS +273,
t ºS \u003d 5/9 (f ºF - 32),
f ºF \u003d 9/5 t ºS +32.
Pritisak atmosferski zrak p b (Pa) jednak je zbroju parcijalnih tlakova suvog zraka p sv i vodene pare p p (Daltonov zakon):
p b \u003d p s.v + p p. (1)
Parcijalni pritisak vodene pare u atmosferskom zraku određuje se formulom:
p p \u003d φ · p n, (2)
gdje je φ relativna vlažnost,%; · r n tlak zasićenja, određen je tablicama zasićene vodene pare pri odgovarajućoj temperaturi, Pa.
Gustina atmosferski zrak jednak je zbroju gustoća suvog zraka i vodene pare:
ρ \u003d ρ s.v + ρ str. (3)
Pomoću jednadžbe stanja idealnog plina:, dobivamo:
(4)
gdje je R s.v \u003d 287 J / (kg · K) specifična plinska konstanta suvog zraka;
R p \u003d 463 J / (kg · K) - specifična plinska konstanta vodene pare.
Pri atmosferskom pritisku p b \u003d 101.325 kPa, gustoća suvog zraka je:
. (5)
Pri t \u003d 0 ºS i p b \u003d 101.325 kPa, gustoća suvog zraka ρ s.v \u003d 1.293 kg / m 3.
Gustina atmosferskog zraka jednaka je:
. (6)
Iz jednadžbe (6) jasno je da je atmosferski (vlažni) zrak lakši od suhog zraka pri istim temperaturama i pritiscima, a porast sadržaja vodene pare u zraku smanjuje njegovu gustoću. Kako je razlika u vrijednostima ρ r.v. i ρ beznačajna, u praktičnim proračunima uzmite ρ ≈ ρ r.v.
Vlažnost.Razlikovati između apsolutne vlage, sadržaja vlage i relativne vlažnosti.
Apsolutna vlaga e masa vodene pare (kg) sadržana u 1 m 3 vlažnog zraka. Apsolutna vlažnost zraka može se izraziti kao gustoća pare u smjesi pri njenom parcijalnom tlaku i temperaturi smjese, a određuje se formulom:
. (7)
Maksimalna moguća apsolutna vlaga odgovara stanju zasićenosti i naziva se kapacitet vlage.
Jednadžbom stanja idealnog plina dobivamo:
Relativna vlaga φ je jednak omjeru apsolutne vlažnosti zraka ρ p prema maksimalnoj mogućoj apsolutnoj vlažnosti ρ n (kapacitet vlage) pri određenoj temperaturi. Prikazuje stupanj zasićenosti zraka vodenom parom u odnosu na stanje pune zasićenosti. Za idealne plinove omjer gustoće može se zamijeniti omjerom djelomičnog tlaka komponenata.
Relativna vlažnost zraka određena je formulom:
. (10)
At φ< 100% воздух ненасыщенный, при φ = 100% воздух полностью насыщен водяными парами, и его называют насыщенным.
Zasićenje zraka Ψ omjer sadržaja vlage nezasićenog i zasićenog zraka, a određuje se formulom:
. (11)
Kapacitet toplinevlažni zrak se obično odnosi na (1 + d) kg vlažnog zraka i određuje se formulom:
s b \u003d s sb + d s s, (12)
gdje su s.v. i s p - specifična toplina pri konstantnom tlaku suvog zraka i vodene pare, kJ / (kg · K).
Za temperaturni raspon od minus 50 ° C do 50 ° C, specifična toplina suvog zraka i pare može se smatrati konstantnom: s s.v. \u003d 1.006 kJ / (kg · K), s n \u003d 1,86 kJ / (kg · K).
Enthalpija vlažni zrak je definiran kao entalpija plinske smjese koja se sastoji od 1 kg suhog zraka i d kg vodene pare, a određuje se formulom:
I \u003d i s.v + d · i p (13)
gdje sam s.v - specifična entalpija suvog zraka, kJ / kg; i p - specifična entalpija vodene pare sadržana u vlažnom zraku kJ / kg
Entalpije suvog zraka i vodene pare određene su formulama:
i s.v \u003d s s.v.t \u003d 1.006 · t, (14)
i n \u003d r + s n · t. (15)
gdje je r latentna toplina isparavanja pri djelomičnom tlaku vodene pare u smjesi, kJ / kg.
Latentna toplina isparavanja r za vrijednosti t N od 0 ° C do 100 ° C može se izraziti formulom:
r \u003d 2500 - 2,3 t n
Prilikom izračunavanja entalpije smjesa uvijek je jako važno imati isto podrijetlo entalpija svake komponente. Za referentnu točku uzimamo entalpiju pri t \u003d 0 ºS i d \u003d 0. Za atmosferski zrak entalpija određuje količinu topline koju treba donijeti zraku, čiji suhi dio ima masu od 1 kg kako bi promijenio svoje stanje iz početnog (I \u003d 0 kJ / kg ) na ovo. Entalpija može biti pozitivna i negativna.
Zamjena dobivenih odnosa u formuli (13) dovodi ga do oblika:
Temperatura tačke rošenja t p - ovo je temperatura zraka na koju je potrebno rashladiti nezasićeni vlažni zrak kako bi pregrijana para sadržana u njemu postala zasićena. Daljnjim hlađenjem vlažnog zraka (ispod temperature rosišta) kondenzira se vodena para.
Temperatura vlažnog termometra. Za mjerenje vlažnosti često se koristi uređaj zvan psihrometar. Sastoji se od dva termometra - suvog i mokrog. Vlažni termometar karakteriziran je time da je senzor umotan u krpu natopljenu vodom. Suvi termometar pokazuje temperaturu vlažnog zraka, nazivaju se njegova očitanja temperatura suvog termometrat s Vlažni termometar označava temperaturu vode koja se nalazi u vlažnom tkivu. Kada se mokri termometar napuha vazduhom, voda isparava sa površine vlažnog tkiva. Budući da se toplina isparavanja troši na isparavanje vlage, temperatura vlažnog tkiva će se smanjiti, pa takav termometar uvijek pokazuje nižu temperaturu od suhog termometra. Uz temperaturnu razliku zraka i vode, dolazi do toplotnog protoka iz zraka u vodu. Kad toplina primljena vodom iz zraka postane jednaka toploti utrošenoj na isparavanje, porast temperature vode prestaje. Ova ravnotežna temperatura se naziva temperatura vlažnog termometrat m . Ako voda uđe u određeni volumen zraka pri temperaturi t m, tada zbog isparavanja dijela ove vode, nakon nekog vremena, zrak postaje zasićen. Taj se proces zasićenja naziva adiabatskim. U tim se uvjetima svu toplinu, koja se dovodi od zraka do vode, troši samo isparavanjem, a zatim se ponovo vraća parom natrag u zrak.
I-d dijagram vlažnog zraka
Dijagram vlažnog zraka daje grafički prikaz odnosa između parametara vlažnog zraka i glavni je za određivanje parametara stanja zraka i izračunavanje procesa toplotne i vlažne obrade.
U I-d dijagramu (sl. 2) sadržaj vlage d g / kg suhog zraka crta se duž apsces, a entalpija I vlažnog zraka je nacrtana duž ordinate. Okomite linije konstantnog sadržaja vlage (d \u003d const) prikazane su na dijagramu. Točka O uzima se kao referentna točka, pri kojoj je t \u003d 0 ° C, d \u003d 0 g / kg, a samim tim I \u003d 0 kJ / kg. Pri konstruiranju dijagrama korišten je poševni koordinatni sistem za povećanje površine nezasićenog zraka. Ugao između smjera osi je 135 ° ili 150 °. Radi lakše uporabe, uvjetna os sadržaja vlage provodi se pod kutom od 90 ° prema osi entalpije. Grafikon je izrađen za konstantni barometrijski pritisak. Koriste I-d dijagrame konstruirane za atmosferski tlak p b \u003d 99,3 kPa (745 mm Hg) i atmosferski tlak p b \u003d 101,3 kPa (760 mm Hg).
Na dijagramu su prikazane izoterme (t c \u003d const) i krivulje relativne vlage (φ \u003d const). Jednadžba (16) pokazuje da su izoterme u I-d dijagramu ravne linije. Čitavo polje dijagrama linijom φ \u003d 100% podijeljeno je u dva dijela. Iznad ove linije je područje nezasićenog zraka. Na liniji φ \u003d 100% su parametri zasićenog zraka. Ispod ove linije nalaze se parametri stanja zasićenog zraka koji sadrži suspendirana vlaga kapljica (magla).
Radi praktičnosti, na dnu dijagrama nalazi se zavisnost, crta parcijalnog pritiska vodene pare p p prikazana je prema sadržaju vlage d. Ljestvica pritiska nalazi se na desnoj strani grafikona. Svaka tačka na I-d dijagramu odgovara određenom stanju vlažnog zraka.
Određivanje parametara vlažnog zraka prema I-d dijagramu.Metoda za određivanje parametara prikazana je na Sl. 2. Položaj točke A određuje se s dva parametra, na primjer, temperaturom t A i relativnom vlagom φ A. Grafički odredite: temperaturu suvog termometra t c, sadržaj vlage d A, entalpija I A. Temperatura tačke rose t p definira se kao temperatura točke sjecišta crte d A \u003d const s linijom φ \u003d 100% (točka P). Parametri zraka u stanju potpune zasićenosti vlagom određuju se na sjecištu izoterme t A s linijom φ \u003d 100% (točka H).
Proces vlaženja bez dovoda i uklanjanja topline odvijat će se uz konstantnu entalpiju I A \u003d const (proces A-M). Na sjecištu pravca I A \u003d const s pravcem φ \u003d 100% (točka M), pronalazimo temperaturu vlažnog termometra t m (linija stalne entalpije gotovo se podudara s izotermom
t m \u003d const). U nezasićenom, vlažnom zraku temperatura vlažnog termometra je niža od temperature suvog termometra.
Parcijalni pritisak vodene pare p P pronalazimo crtanjem iz točke A linije d A \u003d const sve dok se ne presijeca s linijom parcijalnog tlaka.
Temperaturna razlika t s - t m \u003d Δt ps naziva se psihrometrijska, a temperaturna razlika t s - t p je higrometrijskom.
U atmosferskom zraku, a samim tim i u zatvorenom vazduhu, uvijek se nalazi određena količina vodene pare.
Količina vlage u gramima sadržana u 1 m 3 zraka naziva se volumenskom koncentracijom pare ili apsolutnom vlagom f u g / m 3. Vodena para, koja je dio smjese pare-zraka, zauzima isti volumen v kao i sama smjesa; temperatura T pare i smjese su iste.
Energetski nivo molekula vodene pare sadržan u vlažnom zraku izražava se djelomičnim tlakom e
gdje je M e masa vodene pare, kg; μ m - molekulska masa, kg / mol: R - univerzalna konstanta gasa, kg-m / deg · mol, ili mm RT. St · m 3 / deg · mol.
Fizička dimenzija parcijalnog tlaka ovisi o jedinicama u kojima su tlak i volumen izraženi u univerzalnoj konstanti plina.
Ako se tlak mjeri u kg / m 2, tada parcijalni tlak ima istu dimenziju; pri mjerenju tlaka u mm RT. Čl. parcijalni pritisak izražava se u istim jedinicama.
U izgradnji termofizike parcijalni pritisak vodene pare obično se uzima kao dimenzija izražena u mmHg. Čl.
Vrijednost parcijalnog tlaka i razlika tih pritisaka u susjednim dijelovima materijala koji se razmatra koristi se za izračunavanje difuzije vodene pare unutar ovojnice zgrade. Vrijednost parcijalnog tlaka daje predstavu o količini i kinetičkoj energiji vodene pare sadržane u zraku; ta se količina izražava u jedinicama koje mjere tlak ili energiju para.
Zbir parcijalnih tlaka pare i zraka jednak je ukupnom tlaku smjese pare i zraka
Parcijalni pritisak vodene pare, kao i apsolutna vlaga smjese pare-zraka, ne mogu se beskonačno povećavati u atmosferskom zraku s određenom temperaturom i barometrijskim tlakom.
Granična vrijednost parcijalnog tlaka E u mm RT. Čl. odgovara potpunom zasićenju zraka vodenom parom F max u g / m 3 i pojavom njegove kondenzacije, koja se obično događa na materijalnim površinama koje graniče s vlažnim zrakom ili na površini čestica prašine i aerosola sadržanih u suspenziji.
Kondenzacija na površini ovojnica građevine obično uzrokuje neželjeno vlaženje tih građevina; kondenzacija na površini aerosola suspendiranih u vlažnom zraku povezana je s malim stvaranjem magle u atmosferi zagađenoj industrijskim emisijama, čađom i prašinom. Apsolutne vrijednosti vrijednosti E u mm RT. Čl. i F u g / m 3 su blizu jedni drugima pri običnim temperaturama zraka u grijanim prostorijama, a pri t \u003d 16 ° C jednake su jedna drugoj.
S porastom temperature zraka vrijednosti E i F rastu. S postupnim smanjenjem temperature vlažnog zraka, vrijednosti e i f, koje su se odvijale u nezasićenom zraku s početnom višom temperaturom, dostižu maksimalne maksimalne vrijednosti, jer se te vrijednosti smanjuju s padom temperature. Temperatura na kojoj zrak doseže punu zasićenost naziva se temperaturom tačke rosišta ili jednostavno točkom rosišta.
Vrijednosti E za vlažni zrak s različitim temperaturama (pri barometrijskom tlaku od 755 mm Hg) označene su u
Pri niskim temperaturama treba imati na umu da je pritisak zasićene vodene pare nad ledom manji od pritiska pregrijane vode. To se vidi iz Sl. VI.3, koji prikazuje temperaturnu ovisnost parcijalnog tlaka zasićene vodene pare E.
U točki O, koja se naziva trostruka, granice tri faze sijeku se: led, voda i para. Ako nastavimo s isprekidanom krivuljom linija koja razdvaja tekuću fazu od plinovitih (voda od pare), ona će proći iznad granice krute i plinovite faze (para i led), što ukazuje na veće parcijalne pritiske zasićene vodene pare preko pregrijane vode.
Stupanj zasićenosti vlažnog zraka vodenom parom izražava se relativnim parcijalnim tlakom ili relativnom vlagom.
Relativna vlažnost cp je odnos parcijalnog tlaka vodene pare e u dotičnom zraku i maksimalne vrijednosti ovog tlaka E moguće pri određenoj temperaturi. U fizičkom pogledu količina φ je bezdimenzijska i njezine vrijednosti mogu varirati od 0 do 1; u građevinskoj praksi relativna vlaga se obično izražava kao postotak:
Relativna vlaga je od velike važnosti i u higijenskom i u tehničkom pogledu. Vrijednost φ povezana je sa brzinom isparavanja vlage, posebno s površine ljudske kože. Relativna vlaga u rasponu od 30 do 60% smatra se normalnom za stalni boravak osobe. Vrijednost φ također karakterizira proces sorpcije, tj. Apsorpciju vlage poroznim higroskopnim materijalima u kontaktu s prozračnim vlažnim okruženjem.
Konačno, vrijednost φ određuje postupak kondenzacije vlage kako na česticama prašine tako i na drugim suspendovanim česticama koje se nalaze u zraku i na površini ovojnica građevine. Ako se zrak s određenim sadržajem vlage podvrgne zagrijavanju, relativna vlažnost zagrijanog zraka će se smanjiti, jer će parcijalni tlak vodene pare e ostati konstantan, a njegova maksimalna vrijednost E će se povećavati s porastom temperature, vidi formulu (VI.3).
Suprotno tome, prilikom hlađenja zraka sa konstantnim udjelom vlage, njegova relativna vlažnost će se povećati zbog smanjenja E.
Na određenoj temperaturi, maksimalna vrijednost parcijalnog tlaka E bit će jednaka vrijednosti e prisutnog u zraku, a relativna vlaga φ - jednaka 100%, što odgovara tački rose. Daljnjim padom temperature parcijalni tlak ostaje konstantan (maksimalan), a višak vlage kondenzira, tj. Prelazi u tekuće stanje. Dakle, procesi zagrijavanja i hlađenja zraka povezani su s promjenama njegove temperature, relativne vlage, a samim tim i početne zapremine.
Glavne vrijednosti u slučaju oštrih promjena temperature vlažnog zraka (na primjer, pri proračunu ventilacijskih procesa) često se uzimaju kao njegov sadržaj vlage i sadržaj topline (entalpija).
pri čemu su 18 i 29 molekulske težine vodene pare i suvog zraka R \u003d R e + R v - ukupni pritisak vlažnog zraka.
Pri konstantnom ukupnom tlaku vlažnog zraka (na primjer, P \u003d 1), njegov sadržaj vlage određuje se samo djelomičnim tlakom vodene pare
Gustina vlažnog zraka opada s povećanjem parcijalnog tlaka prema linearnom zakonu.
Značajna razlika u molekularnim težinama vodene pare i suvog zraka dovodi do povećanja apsolutne vlage i parcijalnog tlaka u najtoplijim zonama (obično u gornjoj zoni) prostorija, u skladu sa zakonima.
gdje je c p specifični toplinski kapacitet vlažnog zraka jednak 0,24 + 0,47d (0,24 je toplinski kapacitet suvog zraka; 0,47 je toplinski kapacitet vodene pare); t je temperatura, ° C; 595 - specifična toplina isparavanja na 0 ° C, kcal / kg; d - sadržaj vlage zraka.
Promjena svih parametara vlažnog zraka (na primjer, tokom fluktuacija njegove temperature) može se utvrditi prema I - d dijagramu, čija je glavna vrijednost toplinski sadržaj I i sadržaj vlage d zraka pri prosječnom barometrijskom tlaku.
U dijagramu I - d sadržaj topline I prikazan je duž ordinate, a projekcija sadržaja vlage d prikazana je duž apscesije; prave vrijednosti vlage s nagnutom osi smještenom pod kutom od 135 ° prema osi ordinata projiciraju se na ovu os. Tupi kut je usvojen kako bi se jasnije crtale krivulje vlažnosti zraka (Sl. VI.4).
Linije istog toplinskog sadržaja (I \u003d const) nagnute su na dijagramu, a linije istog sadržaja vlage (d \u003d const) okomito.
Krivulja potpune zasićenosti zraka vlagom φ \u003d 1 dijeli dijagram na gornji dio, u kojem zrak nije potpuno zasićen, i donji, gdje je zrak potpuno zasićen vlagom i kondenzacijski procesi.
U donjem dijelu dijagrama nalazi se linija p e \u003d f (d) povećanja parcijalnog tlaka vodene pare, izraženog u mm Hg, izgrađenog u uobičajenoj koordinatnoj mreži u skladu s formulom (VI.4). Čl.
Dijagrami sadržaja topline i vlage naširoko se koriste u praksi grijanja i ventilacije za proračun procesa grijanja i hlađenja zraka, kao i za opremu za sušenje. Pomoću I - d dijagrama možete postaviti sve potrebne parametre vlažnog zraka (sadržaj topline, sadržaj vlage, temperatura, tačka rose, relativna vlaga, parcijalni tlak) ako su poznata samo dva od ovih parametara.
Napomene
1. Taj se pritisak ponekad naziva i elastičnost vodene pare.Zrak oko nas je mješavina gasova. Gotovo je uvijek mokro. Vodena para, za razliku od drugih komponenti smjese, može biti u zraku, i u pregrijanom i u zasićenom stanju. Sadržaj vodene pare u zraku se mijenja, kako u procesu njenog vlaženja u sustavima za dovod ventilacije i klima uređajima, tako i tijekom asimilacije vlage u sobi. Suvi deo vlažnog zraka obično sadrži (po zapremini): oko 75% azota, 21% kiseonika, 0,03% ugljen-dioksida i mala količina inertnih gasova - argon, neon, helijum, ksenon, kripton), vodonik, ozon i drugi. Te komponente plinske mješavine zraka čine njen suhi dio, drugi dio zračne mase je vodena para.
Zrak se vidi kao idealna gasna smeša, koji vam omogućuje korištenje zakona termodinamike za dobivanje dizajnerskih formula.
Prema Daltonovom zakonu, svaki gas u smjesi tvori zrak i ima svoj parcijalni pritisak.
P i ,
a ima istu temperaturu kao i ostali gasovi ove smjese.
Pažnja! Važna definicija:
Zbir parcijalnih tlakova svake od komponenti smjese jednak je ukupnom barometrijskom tlaku zraka.
B \u003d Σ P i, Pa.
Razmotrimo koncept šta je parcijalni pritisak ?
Djelomični pritisak - ovo je tlak koji bi imao gas koji se nalazi u ovoj smjesi da je u istoj količini, u istoj zapremini i na istoj temperaturi kao u smjesi.
U proračunima ventilacije smatramo vlažan zrak binarnom smjesom, tj. smjesa dva plina, koja se sastoji od vodene pare i suvog dijela zraka. Uslovno prihvatamo suvi deo vazduha kao homogeni gas.
Na ovaj način barometrijski pritisak jednaka je zbroju parcijalnih pritisaka suvog zraka P sv i vodena para P p tj.
B \u003d P s.v. + P str
U normalnim zatvorenim uvjetima kada je pritisak vodene pare P p približno jednaka 15 mm. Hg. Čl., Udio drugog člana P sv u formuli barometrijskog tlaka, uzimajući u obzir razliku u gustoći vlažnog i suvog zraka, ceteris paribus iznosi samo 0,75% gustoće suvog zraka ρ s.v. . Stoga se u našim inženjerskim proračunima vjeruje da
ρ zrak \u003d ρ s.v.
ρ zrak \u003d ρ s.v.
Kada se vlažnost zraka promijeni u ventilacijskim procesima, masa suhog dijela ostaje nepromijenjena. Na osnovu toga je masa vodene pare sadržane u zraku uobičajeno pripisati 1 kg suv zrak.
Prelazimo direktno na one fizičke veličine koje određuju parametre vlažnog zraka. Kombinacija ovih parametara određuje stanje vlažnog zraka:
ova vrijednost koja karakterizira tjelesna toplina. To je mjera prosječne kinetičke energije translacijskog kretanja molekula. Trenutno se koriste Celzijusova temperaturna ljestvica i Kelvinova termodinamička skala temperature koja se temelji na drugom zakonu termodinamike. Između temperatura izraženih u stupnjevima Kelvina i stupnjeva Celzijusa postoji omjer, naime:
T, K \u003d 273,15 + t ° C
Važno je napomenuti da je parametar stanja apsolutna temperatura, izražena u Kelvinima, ali je stupanj apsolutne skale brojčano jednak stupnju Celzijusa, tj.
dT \u003d dt.
Vlažnost je karakterizirana masom vodene pare koja se nalazi u njoj. Naziva se masa vodene pare u gramima na 1 kg suvog dijela vlažnog zraka sadržaj vlage u zraku d, g / kg.
Vrijednost d je jednako:
gde: B
- barometarski tlak jednak zbroju parcijalnih pritisaka suvog zraka.
P sv
i vodena para P p
;
P p
- djelomični pritisak vodene pare u nezasićenom vlažnom zraku.
Vrijednost φ jednak je odnosu parcijalnog tlaka vodene pare u nezasićenom vlažnom zraku P p. do parcijalnog pritiska vodene pare u zasićenom vlažnom zraku P n.p. na istoj temperaturi i barometrijskom tlaku, tj.
Pri relativnoj vlažnosti od 100%, zrak je u potpunosti zasićen vodenom parom, pa se tako zove zasićeni vlažni zrak a vodena para sadržana u ovom zraku je u zasićenom stanju.
Ako φ < 100%, tada zrak sadrži vodenu paru u pregrijanom stanju i zove se nezasićeni vlažni zrak .
Tlak vodene pare u zasićenom stanju ovisi samo o temperaturi. Njegova se vrijednost određuje eksperimentalno i daje se u posebnim tablicama. Postoji nekoliko formula koje približavaju ovisnost Pn.p. u Tata ili unutra mm Hg. st. od temperature do t ° C.
Na primjer, za regiju pozitivnih temperatura od 0 ° C a viši, pritisak zasićene vodene pare u Pa, približno se izražava zavisnošću:
P n.p. \u003d 479 + (11,52 + 1,62 t) 2, Pa
Koristeći koncept relativne vlage φ sadržaj vlage u zraku može se definirati kao
Za ventilacijske procese, raspon temperature je konstantan i jednak
Od sv \u003d 1.005 kJ / (kg × ° C).
U konvencionalnim procesima ventilacije u temperaturnom rasponu, ta se vrijednost može smatrati konstantnom i jednakom
C p \u003d 1,8 kJ / (kg × ° C).
J s.v. \u003d S.v. × t
gde: t - temperatura zraka, u ° C
Entalpija suvog zraka J s.v. u t \u003d 0 ° C uzeta jednaka 0.
za vodu na t \u003d 0 ° C je jednako 2500 kJ / kg.
u vazduhu pri proizvoljnoj temperaturi tje
J p \u003d 2500 + 1,8 t.
sastoji se od entalpije njegovog suvog dela i entalpije vodene pare.
Enthalpija J na koji se navodi vlažan zrak 1 kg suhi dijelovi vlažnog zraka unutra kJ / kgna proizvoljnoj temperaturi t i proizvoljni sadržaj vlage dje jednako:
gde: 1,005
– C sv toplotni kapacitet suvog zraka, _kJ / (kg × ° C);
2500
– r specifična toplina isparavanja, kJ / (kg × ° C);
1,8
– C p toplotni kapacitet vodene pare, kJ / (kg × ° C).
Ako se prenosi zrak čista vrućina, zagrijava se, tj. temperatura mu raste. Prilikom zagrijavanja vlažnog zraka entalpija se mijenja kao rezultat promjena temperature suvog dijela zraka i vodene pare. Kada vodena para s istom temperaturom uđe u zrak iz vanjskih izvora (izotermalno vlaženje parom), prenosi se latentna vrućina isparavanje. Entalpija vlažnog zraka se takođe povećava, jer se entalpija vodene pare dodaje entalpiji suvog dela zraka. Temperatura zraka ostaje gotovo nepromijenjena, što je bio i razlog uvođenja ovog termina - latentna toplina.
Entalpija vlažnog zraka sastoji se od prekomjerne i latentne topline, zbog čega se entalpija ponekad naziva i ukupna toplina.
Za daljnje proračune ventilacijskih i klimatizacijskih sustava potrebni su nam sljedeći osnovni parametri vlažnog zraka:
- temperaturu t in , ° C ;
- sadržaj vlage d u , g / kg ;
- relativna vlaga φ u , % ;
- sadržaj topline J in , kJ / kg ;
- koncentracija štetnih nečistoća Sa , mg / m 3 ;
- brzina pokreta V in , m / s
Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije
Federalna agencija za obrazovanje
Saratovski tehnički univerzitet
ODREĐIVANJE PARAMETARA VLAGE U zraku
Smjernice
za studente specijalnosti 280201
redovne i vanredne studije
Saratov 2009
Svrha rada: produbljivanje znanja iz odeljka tehničke termodinamike „Mokri vazduh“, proučavanje metodologije izračunavanja vlažnog vazduha i sticanje veština rada sa mernim instrumentima.
Kao rezultat rada treba naučiti:
1) osnovni pojmovi vlažnog vazduha;
2) metoda za određivanje parametara vlažnog zraka iz
izračunate zavisnosti;
3) metoda za određivanje parametara vlažnog zraka iz
I-d dijagram.
1) odrediti vrijednost parametara vlažnog zraka prema
izračunate zavisnosti;
2) odrediti parametre vlažnog zraka pomoću
I-d dijagrami;
3) sastaviti izvještaj o obavljenom laboratorijskom radu.
OSNOVNI KONCEPTI
Bez pare zrak se naziva suh zrak. Suvi zrak se ne javlja u prirodi, jer atmosferski zrak uvijek sadrži određenu količinu vodene pare.
Mješavina suvog zraka i vodene pare naziva se vlažan zrak. Vlažni zrak se široko koristi u instalacijama za sušenje i ventilaciju, uređajima za klimatizaciju itd.
Karakteristična karakteristika procesa koji se događaju u vlažnom zraku je ta što se količina vodene pare sadržane u zraku mijenja. Para može djelomično da se kondenzira i, obrnuto, voda isparava u zrak.
Mješavina suvog zraka i pregrijane vodene pare naziva se nezasićeni vlažni zrak. Parcijalni tlak pare rp u smjesi je manji od tlaka zasićenja rn koji odgovara temperaturi vlažnog zraka (rp<рн). Температура пара выше температуры его насыщения при данном парциальном давлении.
Mješavina suvog zraka i suhe zasićene vodene pare naziva se zasićeni vlažni zrak. Parcijalni pritisak vodene pare u smjesi jednak je tlaku zasićenja koji odgovara temperaturi vlažnog zraka. Temperatura pare jednaka je temperaturi kondenzacije kod određenog parcijalnog tlaka pare.
Mješavina suvog zraka i vlažne zasićene vodene pare (to jest, na zraku postoje čestice kondenzirane pare koje se suspendiraju i talože u obliku rose) naziva se zasićenim zrakom. Parcijalni tlak vodene pare jednak je tlaku zasićenja koji odgovara temperaturi vlažnog zraka, a koji je u ovom slučaju jednak temperaturi kondenzacije pare u njemu. U tom se slučaju temperatura vlažnog zraka naziva temperatura rosišta. tstr. Ako je iz nekog razloga parcijalni tlak vodene pare veći od tlaka zasićenja, tada će se dio pare kondenzirati u obliku rose.
Glavni pokazatelji koji karakteriziraju stanje vlažnog zraka su sadržaj vlage drelativna vlaga jentalpija Ja i gustina r.
Izračunavanje parametara vlažnog zraka vrši se primjenom Mendeleev-Clapeyronove jednadžbe za idealan plin, kojem vlažni zrak posluje u dovoljnoj aproksimaciji. Vlažni zrak smatramo gasnom mešavinom koja se sastoji od suvog vazduha i vodene pare.
Prema Daltonovom zakonu, vlažni vazdušni pritisak str je jednako:
gde pv - parcijalni pritisak suvog vazduha, Pa;
rp - parcijalni pritisak vodene pare, Pa.
Maksimalna vrijednost parcijalnog tlaka vodene pare jednaka je tlaku zasićene vodene pare pH odgovara temperaturi vlažnog zraka.
Količina vodene pare u smjesi u kg na 1 kg suhog zraka naziva se sadržaj vlage dkg / kg:
https://pandia.ru/text/78/602/images/image003_38.gif "width \u003d" 96 "height \u003d" 53 "\u003e, jer, tada; (3)
Od tada (4)
gde V - zapremina gasne smeše, m3;
Ru, Rn - konstante plina zraka i vodene pare, jednake
Ru\u003d 287 J / (kg × K), Rn\u003d 461 J / (kg × K);
T - temperatura vlažnog vazduha, K.
S obzirom na to 
, i, zamjenjujući izraze (3) i (4) u formuli (2), konačno dobivamo:
DIV_ADBLOCK64 "\u003e
Relativna vlaga j naziva se omjer gustoće pare (tj. apsolutna vlaga rn) do maksimalne moguće apsolutne vlage (gustoće rnmax) pri određenoj temperaturi i pritisku vlažnog zraka:
Od tada rn i rnmax određuju se na istoj temperaturi vlažnog zraka, tada
https://pandia.ru/text/78/602/images/image013_6.gif "width \u003d" 107 "height \u003d" 31 "\u003e. (8)
Gustina suvog zraka i vodene pare određena je iz Mendeleev-Clapeyronove jednadžbe zabilježene za dvije komponente mješavine plina u skladu s (3) i (4).
R pronađeno formulom:
https://pandia.ru/text/78/602/images/image015_6.gif "width \u003d" 175 "height \u003d" 64 src \u003d "\u003e.
Entalpija vlažnog vazduha Ja predstavlja zbroj entalpija od 1 kg suvog zraka i d kg vodene pare:
Ja= iu+ d× in . (11)
Enthalpija suvog vazduha i pare:
https://pandia.ru/text/78/602/images/image017_4.gif "width \u003d" 181 "height \u003d" 39 "\u003e, (13)
gde tm- očitanja vlažnog termometra, ° S;
(tc- tm) - psihrometrijska razlika, ° C;
x - određuje se korekcija temperature vlažnog termometra,%
prema rasporedu koji se nalazi na štandu, ovisno o tome tm i brzina
Za određivanje pritiska vlažnog zraka koristi se barometar.
POSTUPAK NARUDŽBE I OBRADE
EKSPERIMENTALNI REZULTATI
Izmjerite temperaturu suvih i vlažnih termometra. Odredite pravu vrijednost temperature vlažnog termometra prema formuli (13). Pronađite razliku Dt = tc - tm istočno i iz psihrometrijske tablice odrediti relativnu vlažnost.
Znajući vrijednost relativne vlage, iz izraza (7) pronađite parcijalni pritisak vodene pare.
prema (12), (13).
Specifična količina vlažnog zraka nalazi se formulom:
Masa vlažnog vazduha M, kg, u laboratorijskoj prostoriji određuje se formulom:
gde V - zapremina prostorije, m3;
str - pritisak vlažnog zraka, Pa.
Zabilježite rezultate izračuna i očitanja u tablicu u sljedećem obliku.
Protokol snimanja mjernog instrumenta
i rezultate izračuna
Naziv utvrđene vrijednosti | Oznaka | Dimenzija | Numerički vrijednost |
|
Pritisak vlažnog vazduha | ||||
Temperatura suvog termometra | ||||
Temperatura vlažnog termometra | tm | |||
Relativna vlaga | ||||
Tlak zasićenog para | ||||
Djelomični pritisak vodene pare | ||||
Parcijalni pritisak suvog zraka | ||||
Gustina vlažnog zraka | ||||
Apsolutna vlaga | rn | |||
Plinska konstanta vlažnog zraka | ||||
Entalpija vlažnog vazduha | ||||
Masa vlažnog vazduha |
Zatim bi trebali odrediti glavne parametre vlažnog zraka od izmjerenog tc i tm pomoću I-d dijagrama. Točka preseka na I-d dijagramu izotermi koje odgovaraju temperaturama vlažnog i suvog termometra karakterizira stanje vlažnog zraka.
Usporedite podatke dobivene iz I-d dijagrama sa vrijednostima određenim pomoću matematičkih ovisnosti.
Najveća moguća relativna greška u određivanju parcijalnog tlaka vodene pare i suhog zraka određena je formulama:
https://pandia.ru/text/78/602/images/image022_2.gif "width \u003d" 137 "height \u003d" 51 "\u003e; 
,
pri čemu D označava granicu apsolutne greške mjerenja
Granica apsolutne pogreške higrometra u ovom laboratorijskom radu iznosi ± 6%. Apsolutna dozvoljena greška termometra na psihometru je ± 0,2%. Instaliran je barometar s razinom tačnosti 1,0.
IZVJEŠĆE O RADU
Izvještaj o obavljenom laboratorijskom radu treba sadržavati
sledeće:
1) kratak opis rada;
2) protokol za evidentiranje očitanja mjernih instrumenata i
rezultati izračuna;
3) lik s I-d dijagramom, gdje je stanje mokro
vazduha u ovom eksperimentu.
PITANJA ZA UPRAVU
1. Kako se naziva vlažni zrak?
2. Kako se naziva zasićeni i nezasićeni vlažni zrak?
3. Daltonov zakon u odnosu na vlažni zrak.
4. Kolika je temperatura tačke rose?
5. Kako se naziva apsolutna vlaga?
6. Kako se naziva udio vlage u zraku?
7. U kojoj mjeri se može mijenjati sadržaj vlage?
8. Kako se naziva relativna vlaga?
9. U I-d dijagramu prikažite crte j \u003d const, I \u003d const; d \u003d const, tc \u003d const, tm \u003d const.
10. Koja je najveća moguća gustoća pare na određenoj temperaturi vlažnog zraka?
11. Šta određuje najveći mogući parcijalni pritisak vodene pare u vlažnom zraku i čemu je jednak?
12. Koji parametri vlažnog zraka određuju temperaturu vlažnog termometra i kako se ona mijenja kada se mijenjaju?
13. Kako se može odrediti parcijalni pritisak vodene pare u smjesi ako su poznate relativna vlaga i temperatura smjese?
14. Napišite jednadžbu Mendeleev-Clapeyron za suvi zrak, vodenu paru, vlažan zrak i objasnite sve količine uključene u jednadžbu.
15. Kako odrediti gustoću suvog zraka?
16. Kako odrediti plinsku konstantu i entalpiju vlažnog zraka?
LITERATURA
1. Ljaškovi osnove toplotnog inženjerstva. M .: Viša škola, 20-ih godina.
2. Zubarev u tehničkoj termodinamici. M .: Energija, 19s.
ODREĐIVANJE PARAMETARA VLAGE U zraku
Laboratorijske smjernice
na kursevima "Toplotna tehnika", "Tehnička termodinamika i toplotna tehnika"
Sastavio: SEDELKIN Valentin Mihajlovič
KULESHOV Oleg Yuryevich
KAZANSEVA Irina Leonidovna
Recenzent
Urednik
Broj licence br. 000 od 14.11.01
Potpisano za štampanje Format 60x84 1/16
Bum. tip. Service-Print l Izdavačka kuća l
Tiraž primjeraka. Naručite besplatno
Saratovski tehnički univerzitet
Kopirica SSTU, 7