Глава 14 - Влажный воздух & Глава 15 - Циклы паросиловых уст (Головинцов А.Г., Юдаев Б.Н., Федотов Е.И. - Техническая термодинамика и теплопередача 1970)

давлении водяного пара. Такая температура называется темпе­ратурой точки росы. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденсироваться — появится туман. Парциальное дав­ление при этом уменьшается.

Для суждения о влажности воздуха вводится понятие относи­тельной влажности.

Относительной влажностью воздуха называется отношение аб­солютной влажности воздуха к максимально возможной абсолют­ной влажности воздуха при тех же давлении и температуре:

Глава XIV. ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ

Со смесью чистого воздуха с перегретым или насыщенным водя­ным паром (влажным воздухом) приходится иметь дело в ряде теплотехнических процессов и прежде всего в процессе сушки.

Давление такой смеси по закону Дальтона

В = p_B + p_П ,

где В — давление влажного воздуха, равное атмосферному; p_В и p_П - парциальное давление соответственно сухого воздуха и водяного пара.

При давлениях, близких к атмосферному, парциальное дав­ление водяного пара в воздухе обычно невелико, поэтому для влажного воздуха можно применять формулы, справедливые для идеальных газов.

Обычно количество сухого воздуха в процессах, связанных с влажным воздухом, остается неизменным, поэтому для удобства расчетов все параметры влажного воздуха отнесены к 1 кг сухого воздуха.

Чем больше водяных паров находится в. определенном объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения, с другой стороны, чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров требуется для его насыщения. В зависимости от количества паров, находящихся при данной температуре в атмосфере, воздух имеет различную степень влажности.

Абсолютной влажностью воздуха называется масса кг водяного пара в 1 м³ влажного воздуха. Она представляет собой плотность пара в кг/м³ при его парциальном давлении и температуре влаж­ного воздуха.

Зная абсолютную влажность, нельзя сказать, насколько сух или влажен воздух. Если температура низка, то данное количество водяного пара в воздухе может оказаться очень близким к насы­щению. При более высокой температуре то же количество водяного пара далеко от насыщения, воздух — сухой.

Если влажный воздух охлаждать, то можно довести его до состо­яния насыщения, это произойдет тогда, когда температура воздуха станет равной температуре насыщения при данном парциальном

185

где р_п — плотность водяного пара при его парциальном давле­нии и температуре влажного воздуха;

р_н — плотность при максимально возможном содержании водяного пара в 1 м³ влажного воздуха при той же тем­пературе и давлении.

Если считать водяной пар, находящийся в воздухе, идеальным газом, отношение плотностей можно заменить пропорциональным ему отношением давлений

Жилые помещения имеют нормальную температуру при ср, рав­ном 60—70%.

Влагосодержанием d воздуха называется отношение массы (в кг) влаги или пара во влажном воздухе к массе (в кг) сухого воз­духа, содержащегося во влажном воздухе:

Влагосодержание можно определить иначе. Преобразуя урав­нение (18) состояния газа, записав его отдельно для водяного пара и сухого воздуха и подставляя значения газовых постоянных, по­лучим

откуда

Влагосодержание воздуха в состоянии насыщения определя­ется как

откуда

Энтальпия влажного воздуха равна сумме энтальпий 1 кг сухого воздуха и d кг водяного пара:

Для решения практических вопросов сушки материалов широ­кое распространение получила диаграмма I — d (рис. 116), пред­ложенная проф. Л. К. Рамзиным, в ней по оси абсцисс отложена величина d, а до оси ординат — энтальпия влажного воздуха I. Для удобства пользования диаграмма I — d построена в косо­угольных координатах. Ось абсцисс (наклонная ось) направлена под углом 135⁰ к оси ординат (вертикальной оси).

Так как часть диаграммы, расположенная под осью абсцисс, практического интереса не представляет, в прилагаемой диаграмме наклонная ось не показана, вместо нее из начала координат про­ведена горизонтальная прямая, на которой даны значения влаго-содержания. Таким образом, линии d = const — это вертикаль­ные прямые, а линии I — const — наклонные прямые.

Кроме того, на диаграмме на­несены кривые  = const, изотер­мы сухого и мокрого термометра. Кривая  = 1 — кривая насыще­ния является своего рода погра­ничной кривой.

Рассмотрим, как изображается процесс сушки в диаграмме I — d. Процесс распадается на два отдельных процесса: сначала ат­мосферный воздух с относитель­ной влажностью ₁ и температурой t₁ проходит через нагреватель, где его температура повышается до t₂ , а относительная влажность уменьшается до ₂. Этот процесс идет при постоянном влагосо-держании (линия А В).

Разность I_B — I_A определяет собой количество теплоты, рас­ходуемой на подогрев 1 кг сухого воздуха. Далее нагретый воздух поступает в сушильную камеру, где вследствие испарения влаги из высушиваемого материала воздух увлажняется. Этот процесс сушки (линия ВС) идет при I = const, так как хотя часть тепло­содержания и расходуется на испарение влаги, она затем возвра­щается смеси в виде теплосодержания полученного пара. Разность d_C — d_А . Дает количество влаги, испаренной в сушилке каждым килограммом воздуха.

Вопросы для самопроверки

1. Какой воздух называют влажным?

2. Какая влажность называется абсолютной и относительной?

3. Что такое точка росы?

4. Что называется влагосодержанием и как его определить?

5. Как пользоваться диаграммой проф. Л. К. Рамзина?

Г лава XV. ЦИКЛЫ ПАРОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК

§ 72. Паросиловая установка и ее идеальный цикл. Цикл Карно для водяного пара

Водяной пар как рабочее тело используется в паровых двига­телях, которые входят в состав паросиловых установок. Схема простейшей установки показана на рис. 117.

Для термодинамического анализа экономичности паросиловой установки (ПСУ), т. е. эффективности процесса превращения теп­лоты в работу, необходимо реальные процессы, происходящие в

ней, заменить идеальным термодинамическим циклом. Этим циклом определяется максимально возможная экономичность установки, т. е. экономичность при идеальной работе всех элементов ПСУ. В таком идеальном цикле процессы (рис. 117) подогрева воды до кипения (процесс 4 — 5), парообразования (процесс 5—6) и пере­грева (процесс 6—1), протекающие в котельной установке, будут представлены изобарным процессом p₁ = const, а расширение ра­бочего тела, происходящее в двигателе, будет адиабатным процес­сом 1—2. Процесс конденсации пара после расширения (2—3) мож­но считать изобарным процессом р₂ = const. В питательном насо­се, подающем конденсат в котельную установку, давление жид-

187

кости повышается от давления конденсации р₂ = p₃ до давления парообразования р₄ = р₁ . Этот процесс можно рассматривать как адиабатное сжатие рабочего тела в его жидкой фазе.

Следовательно, за идеальный термодинамический цикл прини­маем цикл 1234561. Он известен в литературе под названием цикла Ренкина. В этом цикле теплота подводится к рабочему телу в изобарном процессе (4—1) при p₁ = const. В реальной ПСУ ¹ источником теплоты служат продукты горения топлива или атомной реакции.

Отводится теплота в изобарном процессе (2—3) (р₂ = const) при конденсации пара. Этот процесс в реальной ПСУ осуществля­ется в конденсаторе при помощи охлаждающей воды или воздуха.

В идеальном цикле ПСУ все про­цессы считаются обратимыми.

Расчет ведется в предположе­нии постоянства количества рабо­чего тела, участвующего в осуще­ствлении цикла. Обычно все вели­чины относят к 1 кг рабочего тела. При рассмотрении идеального цикла ПСУ в первом приближе­нии можно считать объем жидкой фазы в точках 3 и 4 ввиду его малости по сравнению с объемом пара в состояниях, соответству­ющих точкам 1 и 2, равным нулю. При этом идеальный цикл ПСУ

в координатах р — v представится фигурой а12b (рис. 118). Нужно отметить, что при таком допущении практически делается сравни­тельно небольшая ошибка, заметная лишь при высоких давлениях пара. Допущение о том, что объем жидкой фазы рабочего тела равен нулю, равносильно тому, что работа питательного насоса принимается равной нулю.

В координатах Т — s цикл Ренкина представится фигурой 1—2—3—4—5—6 (рис. 119, а). Точками, имеющими одинаковые обозначения, на рис. 117 и 119, а показаны одни и те же состояния рабочего тела. В связи с тем, что в процессе адиабатного сжатия жидкости (линия 3—4), происходящем в питательном насосе, тем­пература жидкости повышается незначительно, считают, что точ­ки 3 и 4 в координатах Т — s совпадают и изобара 4—5 (подогрев воды до кипения) сливается с нижней пограничной кривой (рис. 119, б). Сказанное находится в полном соответствии с принятым

при рассмотрении диаграммы Т — s допущением о том, что все изобары жидкой фазы совпадают с нижней пограничной конвой (см, гл. XIII).

На рис. 120 показан цикл Ренкина в координатах i — s без учета работы насоса.

Подводимая к рабочему телу теплота (теплота в процессе 4—1) q₁, при принятых выше допущениях, проще всего может быть определена с помощью диаграммы Т — s (рис. 119, б). Этой теплоте соответствует площадь b3561а; при этом пл 0c561a = пл. Ос561а — пл. ОсЗb.

По аналогии

Работа, полученная в идеальном цикле,

Площадки Ос3561а и ОсЗb при сделанных допущениях представ­ляют собой величины энтальпии рабочего тела в состояниях, соот­ветствующих точкам 1 и 3 (гл. XIII). Поэтому

¹ Известны паросиловые установки, использующие теплоту, получаемую с солнечными лучам» (гелиотехника), а также проекты применения в паро­вых двигателях пара, выходящего из недр земли. Однако такие установки не рассматриваются ввиду малого их распространения.