Vlažni zrak su glavne karakteristike vlažnog zraka. Termodinamički parametri vlažnog zraka. Upozorenje! Važna definicija
Atmosferski zrak je gotovo uvijek vlažan zbog isparavanja vode iz otvorene vode u atmosferu, kao i zbog izgaranja organskih goriva s stvaranjem vode itd. Grijani atmosferski zrak se vrlo često koristi za sušenje različitih materijala u komorama za sušenje i drugim tehnološkim procesima. Relativni sadržaj vodene pare u zraku također je jedna od najvažnijih sastavnica klimatske udobnosti u stambenim i prostorijama za dugoročno skladištenje prehrambenih 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 sušenje mokrog materijala, tj. naučiti izračunati protok zraka koji bi osigurao potrebnu brzinu sušenja materijala na zadanim parametrima jedinice za sušenje, kao i uzeti u obzir analizu i proračun 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 površinsko zamagljuje - pada rosa. Unatoč tome, unatoč faznim prijelazima, vodena para u vlažnom zraku može se s velikom točnošću smatrati idealnim plinom do suhog zasićenog stanja. Zapravo, 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
odnosno 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\u200bupozorenjem da će u stanjima bliskim zasićenju parametri vodene pare biti određeni iz tablica ili dijagrama.
Uvedimo neke koncepte koji karakteriziraju stanje vlažnog zraka. Neka vlažni zrak u ravnoteži bude s volumenom od 1 m 3. Količina suhog zraka u ovom volumenu će, prema definiciji, biti gustoća suhog 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 očito će biti
Treba imati na umu da se gustoća suhog zraka i vodene pare mora izračunati na odgovarajućim djelomičnim pritiscima, tako da
odnosno smatramo fer Daltonov zakon za vlažan zrak.
Ako je temperatura važnog zraka ttada
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 volumena u vlažnom zraku V 1, tako da je masa suhog zraka u njemu 1 kg, tj. dimenzionalnost 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 odabrali tako da sadrži 1 kg suhog zraka, očito je. Drugi je pojam, po definiciji, sadržaj vlage d, tj.
Uzimajući u obzir suhi zrak i vodenu paru kao idealne plinove, dobivamo
Uzimajući u obzir odnos sadržaja vlage i parcijalnog tlaka vodene pare u zraku
Supstituirajući ovdje numeričke vrijednosti, napokon
Budući da vodena para još uvijek nije idealan plin u smislu da su njezin parcijalni tlak 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 točkom C. Ako sada pri konstantnoj temperaturi t Dodavanjem vlage u obliku pare vlažnom zraku, na primjer, isparavanjem vode s otvorene površine, duž izoterme kretat će se točka koja prikazuje stanje vodene pare t C \u003d const na lijevoj strani. Gustoća 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 određenu temperaturu t C neće postati suh zasićen (stanje S). Daljnje povećanje apsolutne vlage na određenoj temperaturi nemoguće je, jer će se vodena para početi kondenzirati. Dakle, maksimalna vrijednost apsolutne vlage na određenoj temperaturi je gustoća suhe zasićene pare pri ovoj temperaturi, tj.
Omjer apsolutne vlage na određenoj temperaturi i maksimalne moguće apsolutne vlage na istoj temperaturi naziva se relativna vlažnost vlažnog zraka, tj. po definiciji imamo
Moguća je i druga varijanta kondenzacije pare u vlažnom zraku, a to je izobarijsko hlađenje vlažnog zraka. Tada parcijalni pritisak vodene pare u zraku ostaje konstantan. Točka C na grafikonu p - v pomaknut će se lijevo duž izobara do točke R. Tada će vlaga početi padati. Ova se situacija vrlo često provodi ljeti tijekom noći za vrijeme hlađenja zraka, kada na hladne površine padne rosa, a u zraku se stvori magla. Iz tog razloga se temperatura u točki R, kod koje se rosa počinje taložiti, naziva točka rosišta i označava se sa t R. Definira 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 suhog zraka i vodene pare mjere od temperature 0 ° C (točnije, od temperature trostruke točke vode jednake 0,01 ° C).
Atmosferski zrak uvijek sadrži jednu ili drugu količinu vlage u obliku vodene pare. Takva mješavina suhog zraka i vodene pare naziva se vlažan zrak. Osim vodene pare, vlažni 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 suhog zraka i zasićene vodene pare zasićen vlažan zrak. Naziva se mješavina suhog zraka i pregrijane vodene pare nezasićen vlažan zrak. Pri niskim (blizu atmosferskim) pritiscima, uz točnost dovoljnu za tehničke proračune, moguće je i suhi zrak i vodenu paru smatrati idealnim plinovima. Pri računanju procesa s vlažnim zrakom 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 suhog 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, gustoća zraka ρ, apsolutna vlaga e, djelomični tlak vodene pare p p.
Temperatura -termodinamička vrijednost koja određuje stupanj zagrijavanja tijela. 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.
tlak atmosferski zrak p b (Pa) jednak je zbroju parcijalnih tlaka suhog zraka p sv i vodene pare p p (Daltonov zakon):
p b \u003d p s.v + p p. (1)
Parcijalni tlak vodene pare u atmosferskom zraku određuje se formulom:
p p \u003d φ · p n, (2)
gdje je φ relativna vlaga,%; · p n tlak zasićenja, određen je tablicama zasićene vodene pare pri odgovarajućoj temperaturi, Pa.
gustoća atmosferski zrak jednak je zbroju gustoća suhog 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 suhog zraka;
R p \u003d 463 J / (kg · K) je specifična plinska konstanta vodene pare.
Pri atmosferskom tlaku p b \u003d 101.325 kPa, gustoća suhog zraka je:
. (5)
Pri t \u003d 0 ºS i p b \u003d 101.325 kPa, gustoća suhog zraka ρ s.v \u003d 1.293 kg / m 3.
Gustoća atmosferskog zraka jednaka je:
. (6)
Iz jednadžbe (6) vidi se da je atmosferski (vlažni) zrak lakši od suhog zraka pri istim temperaturama i pritiscima, a porast sadržaja vodene pare u zraku smanjuje njegovu gustoću. Budući da 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 vlage.
Apsolutna vlaga e masa vodene pare (kg) sadržana u 1 m 3 vlažnog zraka. Apsolutna vlažnost zraka može se izraziti gustoćom pare u smjesi pri njenom parcijalnom tlaku i temperaturi smjese, a određuje se formulom:
. (7)
Najveća moguća apsolutna vlaga odgovara stanju zasićenosti i naziva se kapacitet vlage.
Jednadžbom stanja idealnog plina dobivamo:
Relativna vlaga φ jednak omjeru apsolutne vlage ρ p prema najvećoj 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)
Na φ< 100% воздух ненасыщенный, при φ = 100% воздух полностью насыщен водяными парами, и его называют насыщенным.
Stupanj zasićenja 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, suhog zraka i vodene pare, kJ / (kg · K).
Za temperaturni raspon od minus 50 ° C do 50 ° C, specifična toplina suhog zraka i pare može se smatrati konstantnom: s s.v. \u003d 1.006 kJ / (kg · K), s n \u003d 1.86 kJ / (kg · K).
entalpija 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
gdje sam s.v - specifična entalpija suhog zraka, kJ / kg; i p - specifična entalpija vodene pare sadržana u vlažnom zraku kJ / kg
Entalpije suhog 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 parcijalnom tlaku vodene pare u smjesi, kJ / kg.
Latentna toplina isparavanja r za t N vrijednosti od 0 ° C do 100 ° C može se izraziti formulom:
r \u003d 2500 - 2,3 t n
Kad se izračunava entalpija smjesa, uvijek je vrlo važno imati istu referentnu točku za entalpije 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 od početnog (I \u003d 0 kJ / kg ) na ovo. Entalpija može biti pozitivna i negativna.
Supstitucija dobivenih odnosa u formuli (13) dovodi ga do oblika:
Temperatura točke rosišta t p - ovo je temperatura zraka do koje 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 - suhog i mokrog. Vlažni termometar karakteriziran je time da je senzor umotan u krpu natopljenu vodom. Suhi termometar pokazuje temperaturu vlažnog zraka, nazivaju se njegova očitanja temperatura suhog termometrat s Vlažni termometar označava temperaturu vode koja se nalazi u vlažnom tkivu. Kada se mokri termometar napuha zrakom, voda isparava s površine mokrog tkiva. Budući da se toplina isparavanja troši na isparavanje vlage, temperatura vlažnog tkiva će pasti, stoga takav termometar uvijek pokazuje nižu temperaturu od suhog termometra. Uz prisutnost temperaturne razlike zraka i vode, dolazi do toplinskog protoka iz zraka u vodu. Kad toplina primljena vodom iz zraka postane jednaka toplini potrošenoj 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 sva toplina dovedena iz zraka u vodu 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 toplinske 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 crte s konstantnim udjelom 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 i, dakle, I \u003d 0 kJ / kg. Pri konstruiranju dijagrama upotrijebio se nagibni koordinatni sustav za povećanje površine nezasićenog zraka. Kut 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 tlak. 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 nalazi se 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 ovisnost, crta parcijalnog tlaka vodene pare p p prikazana je prema sadržaju vlage d. Ljestvica tlaka nalazi se na desnoj strani grafikona. Svaka točka I-d dijagrama odgovara specifičnom 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 suhog termometra t s, vlažnost d A, entalpija I A. Temperatura točke rosišta 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 suhog termometra.
Parcijalni tlak vodene pare p P pronalazimo povlačenjem iz točke A crte d A \u003d const dok se ne presijeca s linijom parcijalnog tlaka.
Temperaturna razlika t s - t m \u003d Δt ps naziva se psihrometrijskom, a temperaturna razlika t s - t p je higrometrijskom.
U atmosferskom zraku, a time i u zatvorenom zraku, uvijek se nalazi određena količina vodene pare.
Količina vlage u gramima sadržana u 1 m 3 zraka naziva se volumetrijskom 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.
Energetska razina molekula vodene pare sadržana u vlažnom zraku izražena je djelomičnim tlakom e
gdje je M e masa vodene pare, kg; μ m - molekulska masa, kg / mol: R - univerzalna konstanta plina, 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 tlak se izražava u istim jedinicama.
U izgradnji termofizike parcijalni tlak vodene pare obično se uzima kao dimenzija izražena u mmHg. Čl.
Vrijednost parcijalnog tlaka i razlika tih pritisaka u susjednim dijelovima ispitivanog sustava 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.
Zbroj parcijalnih tlaka pare i zraka jednak je ukupnom tlaku smjese para i zrak
Parcijalni tlak 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 površinama materijala koje graniče s vlažnim zrakom ili na površini čestica prašine i aerosola sadržanih u suspenziji.
Kondenzacija na površini ovojnica građevine obično uzrokuje neželjenu vlagu tih struktura; kondenzacija na površini aerosola suspendiranih u vlažnom zraku povezana je s neznatnim stvaranjem magle u atmosferi zagađenoj industrijskim emisijama, čađom i prašinom. Apsolutne vrijednosti vrijednosti E u mm RT. Čl. i F u g / m 3 međusobno su blizu običnih temperatura 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 rosišta ili prosto točkom rosišta.
Vrijednosti E za vlažni zrak s različitim temperaturama (pri barometrijskom tlaku od 755 mm Hg) naznačene su u
Pri niskim temperaturama treba imati na umu da je tlak zasićene vodene pare nad ledom manji od pritiska pregrijane vode. To se može vidjeti iz Sl. VI.3, koji prikazuje ovisnost parcijalnog tlaka zasićene vodene pare E od temperature.
U točki O, koja se naziva trostruka, granice tri faze presijecaju se: led, voda i para. Ako nastavimo s isprekidanom krivuljom linija koja razdvaja tekuću fazu od plinovitih (voda od pare), ona će preći granicu krute i plinovite faze (para i led), što ukazuje na veći parcijalni tlak zasićene vodene pare nad pregrijanom vodom.
Stupanj zasićenosti vlažnog zraka vodenom parom izražava se relativnim djelomičnim tlakom ili relativnom vlagom.
Relativna vlažnost cp je omjer parcijalnog tlaka vodene pare e u dotičnom zraku i maksimalne vrijednosti tog 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 u postocima:
Relativna vlaga je od velike važnosti i u higijenskom i u tehničkom pogledu. Vrijednost φ povezana je s brzinom isparavanja vlage, osobito s površine ljudske kože. Relativna vlaga u području 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 ostalim suspendiranim česticama koje se nalaze u zraku i na površini ovojnica građevine. Ako se zrak s određenim udjelom vlage podvrgne zagrijavanju, tada će se relativna vlaga zagrijanog zraka smanjiti, jer će parcijalni tlak vodene pare e ostati konstantan, a njegova maksimalna vrijednost E će se povećavati s porastom temperature, vidjeti formulu (VI.3).
Suprotno tome, pri hlađenju 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 točki rosišta. 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 time i početnog volumena.
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).
gdje su 18 i 29 molekularne težine vodene pare i suhog zraka R \u003d R e + R v - ukupni tlak vlažnog zraka.
Pri stalnom 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 suhog 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 specifična toplina vlažnog zraka jednaka 0,24 + 0,47d (0,24 je toplinski kapacitet suhog zraka; 0,47 je toplinski kapacitet vodene pare); t je temperatura, ° C; 595 - specifična toplina isparavanja pri 0 ° C, kcal / kg; d - udio vlage u zraku.
Promjena svih parametara vlažnog zraka (na primjer, kada njegova temperatura varira) može se utvrditi I - d dijagramom, čija su glavna vrijednost sadržaj topline 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 projiciraju se na ovu osovinu od nagnute osi smještene pod kutom od 135 ° prema ordinatnoj osi. Da bi se jasnije crtale krivulje vlažnosti zraka, usvojen je tupi kut (Sl. VI.4).
Linije istog toplinskog sadržaja (I \u003d const) na dijagramu su nagnute, a linije istog sadržaja vlage (d \u003d const) okomite.
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 udjela topline i vlage naširoko se koriste u grijanju i ventilaciji u proračunu procesa zagrijavanja i hlađenja zraka, kao i u opremi za sušenje. Koristeći dijagrame - d, možete postaviti sve potrebne parametre vlažnog zraka (sadržaj topline, sadržaj vlage, temperatura, točka rosišta, relativna vlaga, parcijalni tlak) ako su poznata samo dva od ovih parametara.
bilješke
1. Taj se pritisak ponekad naziva i elastičnost vodene pare.Zrak oko nas je mješavina plinova. 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 dovodnim ventilacijskim sustavima i klima uređajima, tako i tijekom asimilacije vlage u sobi zrakom. Suhi dio vlažnog zraka obično sadrži (po volumenu): oko 75% dušika, 21% kisika, 0,03% ugljičnog dioksida i male količine inertnih plinova - argona, neona, helija, ksenona, kriptona), vodika, ozona i drugih. Navedene komponente plinske mješavine zraka čine njezin suhi dio, drugi dio zračne mase je vodena para.
Zrak se vidi kao idealna plinska smjesa, koji vam omogućuje korištenje zakona termodinamike za dobivanje dizajnerskih formula.
Prema Daltonovom zakonu, svaki plin u smjesi tvori zrak i ima svoj djelomični pritisak.
P i ,
i ima istu temperaturu kao i ostali plinovi ove smjese.
Upozorenje! Važna definicija:
Zbroj parcijalnih tlakova svake od komponenti smjese jednak je ukupnom barometrijskom tlaku zraka.
B \u003d Σ P i, Pa.
Razmotrimo koncept onoga što je parcijalni pritisak ?
Djelomični pritisak - ovo je tlak koji bi plin koji se nalazi u ovoj smjesi imao kada bi bio u istoj količini, istom volumenu i istoj temperaturi kao u smjesi.
U proračunima ventilacije smatramo vlažan zrak binarnom smjesom, tj. mješavina dva plina, koja se sastoji od vodene pare i suhog dijela zraka. Uvjetno prihvaćamo suhi dio zraka kao homogeni plin.
Na ovaj način barometrijski tlak jednaka je zbroju parcijalnih pritisaka suhog zraka P sv i vodena para P p , tj.
B \u003d P s.v. + P str
U normalnim zatvorenim uvjetima kada je tlak 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 suhog zraka, ceteris paribus iznosi samo 0,75% gustoće suhog zraka ρ s.v. , Stoga se u našim inženjerskim proračunima vjeruje da
ρ zrak \u003d ρ r.v.
ρ zrak \u003d ρ r.v.
Kad se vlažnost zraka promijeni u ventilacijskim procesima, masa suhog dijela ostaje nepromijenjena. Na temelju toga je masa vodene pare sadržane u zraku uobičajeno pripisati 1 kg suh zrak.
Nastavljamo izravno do onih fizičkih veličina koje određuju parametre vlažnog zraka. Kombinacija ovih parametara određuje stanje vlažnog zraka:
ta vrijednost koja karakterizira tjelesna toplina, To je mjera prosječne kinetičke energije translacijskog kretanja molekula. Trenutno se koriste Celzijeva temperaturna ljestvica i Kelvinova termodinamička skala temperature, koja se temelji na drugom zakonu termodinamike. Između temperatura izraženih u Celvinima i Celzijevih stupnjeva postoji odnos, naime:
T, K \u003d 273,15 + t ° C
Važno je napomenuti da je parametar stanja apsolutna temperatura, izražena u Kelvinima, ali stupanj apsolutne skale je brojčano jednak stupnju Celzijusa, tj.
dT \u003d dt.
Vlažnost karakterizira masa vodene pare sadržane u njoj. Naziva se masa vodene pare u gramima na 1 kg suhog dijela vlažnog zraka sadržaj vlage u zraku d, g / kg.
vrijednost d je jednako:
gdje je: B
- barometarski tlak jednak zbroju parcijalnih tlaka suhog zraka.
P sv
i vodena para P p
;
P p
- djelomični pritisak vodene pare u nezasićenom vlažnom zraku.
vrijednost φ jednak je omjeru parcijalnog tlaka vodene pare u nezasićenom vlažnom zraku P p. do parcijalnog tlaka vodene pare u zasićenom vlažnom zraku P n.p. pri istoj temperaturi i barometrijskom tlaku, tj.
Pri relativnoj vlažnosti od 100%, zrak je potpuno zasićen vodenom parom i tako se 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 korak ili u mm. Hg. članak, od temperature do t ° C.
Na primjer, za područje pozitivnih temperatura od 0 ° C a viši, tlak zasićene vodene pare u Pa približno se izražava ovisnošću:
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
gdje je: t - temperatura zraka, u ° C
Entalpija suhog zraka J s.v. u t \u003d 0 ° C uzeta jednaka 0.
za vodu na t \u003d 0 ° C jednak je 2500 kJ / kg.
u zraku pri proizvoljnoj temperaturi tto je
J p \u003d 2500 + 1,8 t.
sastoji se od entalpije njegovog suhog dijela i entalpije vodene pare.
entalpija J vlažni zrak na koji se upućuje 1 kg suhi dijelovi vlažnog zraka unutra kJ / kgna proizvoljnoj temperaturi t i proizvoljni sadržaj vlage dje jednako:
gdje je: 1,005
– C sv toplinski kapacitet suhog zraka, _kJ / (kg × ° C);
2500
– r specifična toplina isparavanja, kJ / (kg × ° C);
1,8
– C p toplinski kapacitet vodene pare, kJ / (kg × ° C).
Ako zrak prenosi čista vrućina, zagrijava se, tj. temperatura mu raste. Kada se vlažni zrak zagrijava, entalpija se mijenja kao rezultat promjena temperature suhog dijela zraka i vodene pare. Kad vodena para uđe u zrak s istom temperaturom iz vanjskih izvora (izotermalno vlaženje parom), prenosi se latentna vrućina isparavanje. Povećava se i entalpija vlažnog zraka, jer se entalpija suhog zraka dodaje entalpiji vodene pare. Temperatura zraka ostaje gotovo nepromijenjena, što je bio razlog uvođenja ovog termina - latentna toplina.
Općenito, entalpija vlažnog zraka sastoji se od otvorene i prikrivene 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:
- temperatura t u , ° C ;
- sadržaj vlage d u , g / kg ;
- relativna vlaga φ u , % ;
- sadržaj topline J u , kJ / kg ;
- koncentracija štetnih nečistoća C , mg / m 3 ;
- brzina kretanja V u , m / s
Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije
Federalna agencija za obrazovanje
Državno tehničko sveučilište Saratov
ODREĐIVANJE PARAMETARA MREŽNOG ZRAKA
metodičke upute
za studente specijalnosti 280201
redovite i izvanredne studije
Saratov 2009
Svrha rada: produbljivanje znanja iz odjeljka tehničke termodinamike „Vlažni zrak“, proučavanje metodologije izračuna parametara vlažnog zraka i stjecanje vještina rada s mjernim instrumentima.
Kao rezultat rada treba naučiti:
1) osnovni pojmovi vlažnog zraka;
2) metoda za određivanje parametara vlažnog zraka iz
izračunate ovisnosti;
3) metoda za određivanje parametara vlažnog zraka iz
I-d dijagram.
1) odrediti vrijednost parametara vlažnog zraka prema
izračunate ovisnosti;
2) odrediti parametre vlažnog zraka pomoću
I-d dijagrami;
3) sastaviti izvještaj o obavljenom laboratorijskom radu.
OSNOVNI POJMOVI
Bez pare zrak se naziva suh zrak. Suhi zrak se ne javlja u prirodi, jer atmosferski zrak uvijek sadrži određenu količinu vodene pare.
Mješavina suhog 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 da se količina vodene pare sadržane u zraku mijenja. Para može djelomično kondenzirati i, obrnuto, voda isparava u zrak.
Mješavina suhog 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 suhog zraka i suhe zasićene vodene pare naziva se zasićeni vlažni zrak. Parcijalni tlak vodene pare u smjesi jednak je tlaku zasićenja koji odgovara temperaturi vlažnog zraka. Temperatura pare jednaka je temperaturi kondenzacije kod određenog parcijalnog tlaka pare.
Smjesa koja se sastoji od suhog zraka i vlažne zasićene vodene pare (to jest u zraku postoje kondenzirane čestice para 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 ovom se slučaju temperatura vlažnog zraka naziva temperatura rosišta. tr, 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 gustoće r.
Izračunavanje parametara vlažnog zraka provodi se primjenom Mendeleev-Clapeyronove jednadžbe za idealan plin, kojem vlažni zrak treba poslušati s dovoljnom aproksimacijom. Vlažni zrak smatramo plinskom smjesom koja se sastoji od suhog zraka i vodene pare.
Prema Daltonovom zakonu, vlažni tlak zraka r je jednako:
gdje pB - djelomični tlak suhog zraka, Pa;
rp - djelomični tlak vodene pare, Pa.
Maksimalna vrijednost parcijalnog tlaka vodene pare jednaka je tlaku zasićene vodene pare pH, što 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)
gdje V - volumen plinske smjese, 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 zraka, 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 rnmaksimum) pri određenoj temperaturi i tlaku vlažnog zraka:
jer rn i rnmaksimum 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)
Gustoća suhog zraka i vodene pare određena je iz Mendeleev-Clapeyronove jednadžbe zabilježene za podatke o dvije komponente plinske smjese prema (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 zraka ja predstavlja zbroj entalpija od 1 kg suhog zraka i d kg vodene pare:
ja= jau+ d× jan . (11)
Entalpija suhog zraka i pare:
https://pandia.ru/text/78/602/images/image017_4.gif "width \u003d" 181 "height \u003d" 39 "\u003e, (13)
gdje tm- očitanja mokrog termometra, ° S;
(tc- tm) - psihrometrijska razlika, ° C;
x - određuje se korekcija temperature vlažnog termometra,%
prema rasporedu koji se nalazi na postolju, ovisno o tome tm i brzina
Za određivanje tlaka vlažnog zraka koristi se barometar.
POSTUPAK NARUDŽBE I OBRADE
EKSPERIMENTALNI REZULTATI
Izmjerite temperaturu suhih 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 tlak vodene pare.
prema (12), (13).
Specifičan volumen vlažnog zraka nalazimo formulom:
Masa vlažnog zraka M, kg, u laboratorijskoj sobi određuje se formulom:
gdje V - zapremina prostorije, m3;
r - pritisak vlažnog zraka, Pa.
Zabilježite rezultate izračuna i očitanja u tablicu u sljedećem obliku.
Protokol snimanja mjernih instrumenata
i rezultate izračuna
Naziv utvrđene količine | oznaka | dimenzionalnost | numerički vrijednost |
|
Tlak vlažnog zraka | ||||
Temperatura suhog termometra | ||||
Temperatura vlažnog termometra | tm | |||
Relativna vlaga | ||||
Tlak zasićenog para | ||||
Djelomični pritisak vodene pare | ||||
Parcijalni tlak suhog zraka | ||||
Gustoća vlažnog zraka | ||||
Apsolutna vlaga | rn | |||
Plinska konstanta vlažnog zraka | ||||
Entalpija vlažnog zraka | ||||
Masa vlažnog zraka |
Zatim bi trebali odrediti glavne parametre vlažnog zraka od izmjerenog tc i tm pomoću I-d dijagrama. Točka sjecišta na I-d dijagramu izotermi koje odgovaraju temperaturama vlažnog i suhog termometra karakterizira stanje vlažnog zraka.
Usporedite podatke dobivene iz I-d dijagrama sa vrijednostima određenim pomoću matematičkih ovisnosti.
Najveća moguća relativna pogreška 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; 
,
gdje D označava granicu apsolutne pogreške mjerenja
Granica apsolutne pogreške higrometra u ovom laboratorijskom radu iznosi ± 6%. Apsolutna dopuštena pogreška termometra na psihometru je ± 0,2%. Instaliran je barometar s razinom točnosti 1,0.
IZVJEŠĆE O RADU
Izvještaj o obavljenom laboratorijskom radu treba sadržavati
sljedeće:
1) kratak opis djela;
2) protokol za snimanje očitanja mjernih instrumenata i
rezultati izračuna;
3) Slika s I-d dijagramom gdje se određuje stanje mokrog stanja
zraka u ovom eksperimentu.
PITANJA KONTROLE
1. Što se naziva vlažni zrak?
2. Kako se naziva zasićeni i nezasićeni vlažni zrak?
3. Daltonov zakon u odnosu na vlažni zrak.
4. Što se naziva temperatura rosišta?
5. Kako se naziva apsolutna vlaga?
6. Kako se naziva udio vlage u zraku?
7. U kojoj mjeri se može mijenjati sadržaj vlage?
8. Što 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 pri određenoj temperaturi vlažnog zraka?
11. Što određuje najveći mogući parcijalni tlak vodene pare u vlažnom zraku i čemu je jednak?
12. O kojim parametrima vlažnog zraka ovisi temperatura mokrog termometra i kako se mijenja kada se mijenjaju?
13. Kako se može odrediti parcijalni tlak vodene pare u smjesi ako su poznate relativna vlaga i temperatura smjese?
14. Napišite jednadžbu Mendeleev-Clapeyron za suhi zrak, vodenu paru, vlažan zrak i objasnite sve količine uključene u jednadžbu.
15. Kako odrediti gustoću suhog zraka?
16. Kako odrediti plinsku konstantu i entalpiju vlažnog zraka?
REFERENCE
1. Lyashkov osnove toplotnog inženjerstva. M .: Viša škola, 20s.
2. Zubarev u tehničkoj termodinamici. M .: Energija, 19s.
ODREĐIVANJE PARAMETARA MREŽNOG ZRAKA
Laboratorijske smjernice
na tečajevima "Toplotna tehnika", "Tehnička termodinamika i inženjerstvo topline"
Sastavio: SEDELKIN Valentin Mihajlovič
KULESHOV Oleg Yuryevich
KAZANSEVA Irina Leonidovna
recezent
Urednik
Broj licence br. 000 od 14.11.01
Potpisano za ispis Format 60x84 1/16
Boom. tipa. Usl.-Pec. l. Izdavačka kuća l.
Tiraž primjeraka. Naručite besplatno
Državno tehničko sveučilište Saratov
Kopirica SSTU, 7