Теория тепломассообмена Э.Р. Эккерт Р.М. Дрейк под ред. Лыкова (1013696), страница 83
Текст из файла (страница 83)
духа. При особых условиях в воздухе может содержаться большее количество водяного пара, чем то, которое соответствует состоянию насыщения. Это возможно, например, при ~резком охлаждении воздуха (при адиабатическом расширении) или в очень чистом воздухе, не содержащем твердых .взвешенных частиц (пыль, сажа), на которых могли бы образоваться капельки. Такое состояние называется и е р е н а с ы щ е н и е м.
С практической точки зрения такое состояние не представляет большой важности. Поэтому в последующем изложении мы будем предполагать, что перенасыщения не происходит. Процессы сушки и увлажнения изучают обычно при помощи нсихрометрических графиков влажного воздуха. 540 На таком графике температура (по сухому термометру) откладывается по оси абсцисс, а удельное влагосодержание — по оси ординат, Р. Молье 1Л. 2771 предложил другой графин, при !построении которого вместо темсператур берется энтальпия '.
Такой гра!фик имеет то п1реимущество, что процессы смешения двух или нескольких потоков воздуха или процессы подмешивания к воздуху валы в жидкой или газообразной фазе можно .с точностью |решать простыми геометрическим!и построениями, которые на псих~рометрнческих графиках дают лишь приближенные результаты. Кроме того, графики Молье можно применять не только для ур'с с'с ( .лмс а! Рис. 15-1. График зависимости удельного влзгосодержвния от знтзльпии дли влажного воздуха (по Молье). смеси воздуха и водяного пара.
В первых графиках Молье по оси абсцеюс откладывали уделыное влагосодержнние, а по оси ординат — энгалвпию. В таком виде график очень похож на психромепрический; .различие заключалось лишь в том, что вертикальные прямые постоянных температур на юрафике Молье изображались прямыми, наклоненными под различным утлом к оси абсцисс. Последующее изложение посвящено графику Молье для влажного воздуха. Если в качестве оси ординат взять удельное влагосодержа~ние о, а в качестве оси абсцисс — энтальпию й то получится график, изображензчый на рис.
15-!,а. На графике показаны, некоторые изотермы, которые изображаются ,прямыми. Так, например, изотерма 1=0'С в области нена- ' Впервые диаграмма влажного воздуха (ззвисимость, между тепло- содержанием и влзгосодержвннем воздуха) была предложена проф, Л. К.
Рзмзииым в 1918 г. В 1923 г. аналогичная диаграмма была опубликоввнз Р. Молве в журнале Ч))1. Диаграмме влажного воздуха (! — а-дизграммз) Л. К. Рамзина более удобна дли расчетов по сравнению с диаграммой Мальв. (Прим. ред.) 84! сыще:ного ~парами воздуха имеет относительно оси ординат наклон, соответствующий 600 ккал/кг. Для более высоких,влажностей изотерма согласно уравнению 115-7) будет изображаться вертикальной прямой.
Если в воздухе содержится вода в твердой фазе, то изотерма за пределом насыщения будет определяться по формуле 115-8). Поэтому она имеет отрицательный ~наклон по отношению к ординате, соответствующий 79,5 ккал/кг. Изотермы для положительных температур наклонены мправо; изотерма для тумана в воздухе при О'С 1г/)4) ~изображается вертикальной прямой. Изотер~мы для отрицательных температур ~на~клонены влево. Соединим все точки, соответспвующие пределу насыщения, получим кривую ~насыщения. Так как согласно уравнению (15-3) предел насыщения зависит от общего давления, то найденная кривая и, следовательно, весь график справедливы только для данного давления.
Кривая насыщения разделяет области, соответствующие состоян~ия~м ~ненасыщения и,насыщения. В точке пересечения с изотермой г=0'С кривая насыщения имеет небольшой разрыв, так как для температур выше 0'С она определяется состоянием, равновесия между водой и водяными па~рами, а для температур ~н~иже 0' С вЂ” состоянием равновесия ~между льдом и водяным па~ром. Графи~к, показанный на рис. 15-1,а, обладает тем недостатком, что область насыщенного паром воздуха сравнительно мала. Этого можно избежать, применив систему косоугольных координат.
Молье п~редлюжил придать оои г/ такой наклон, чтобы изотерма 1=0'С в области ненасыщенного паром воздуха изображалась вертикальной прямой. Такой график и показан на рис. 15-1,в. Линии /=сопз1 изображаются на этом графике прямыми, наклоненными к оси-абсцисс. Один такой график в более крупном масштабе приведен на рис.
15-5. Теперь,рассмотрим несколько примеров применения такого графика. Состояние влажного воздуха при определенном давлении определяется температурой Г~ и удельным влагосодержанием 4. На рис. 15-2 это состояние определяется точной 1. Значение ф можно легко определить следующим образом: продолжаем изотерму 1, до точки пересечения с кривой насыщения и определяем влагосодержание насыщения Ы,ь а затем определением ф по формуле Ф~=А/Аь Для не слишком высомих температур влажность у обладает тем же э~качением, Для более высоких темпе5Ф3 ратур ф определяется по парциальным давлениям, г(а графике зависимости удельного влагосодержания от энтальпии (см.,рис.
15-5) изображены .красивые постоянной влажности. Если воздух в состоянии 1 охлаждать, его влагосодержа~ние не изменится, пока эн ~не насытится водяными парами. Это означает, что,при охлаждении точка, изображающая состояние влажного воздуха, будет перемещаться по горизонтальной прямой. Влажность воздуха возрастает при понижении температуры, и в точке 2 иастрпает насыщение.
Эта точка называется точкой, росы, а соответствующая температура — температурой конденсации. Если воздух охлаждать дальше, часть водяных паров сконденсируется в мельчайшие капельки (туман). В А~ точке д достигается температура 1ь Часть 44 общего влагосодержа- г, ния 4 находится.в виде паров, а остальная часть — в виде жидкости. ом — —— Значение с(„ определяется точкой пересечения изотермы Гз с кривой со сг насыщения. Воду в жидкой фазе можно из воздуха удалить, подождав, например, пока капельки, рнс. 15-2. К онрслелснню осядут. Таким образом, влагосо- состояния влажного воздо с(,о.
Точка, соответствующая этому состоянию, обозначена на рис. 15-2 цифрой 4. Следовательно, воздух можно осушить. Так, на~пример,если воздух в состоянии 1 требуется осушить до удельного влагосодержания д,н его необходимо охладить до температуры 1з. При этом сперва достигается точка росы, а затем, после отделения ж~идкой воды, достигается состояние, определяемое точкой 4, Теперь воздух можно ~снова ~напреть до исходной температуры, и мы,приход~им к состоянию Б, которое характеризуется более низким влагосодержанием по сравнению с состоянием 1. Этот метод часто применяют при кондиционировании воздуха. ,В качестве второго примера определим состояние, возникающее в,результате ~смешения двух количеств воздуха, обладающих, различными температурой,и влагосодержанием.
Пусть в одном объеме содержится воздух при температу~ре 1, с удельным влагосодержание(ч Н~ и массой т,; во втором объеме содержится воздух при температуре 1н с удельным влагосодержанием пз и массой ть в43 При смешении получаем маму воздуха весом ш с температурой ( ~и удельным ~влагосодвржанием г(, причем справедловы следующие равенства: и,+т,=т (материальный баланс воздуха) (15-9) тА+т,д,=тг( (материальный баланс иоды); (!5-10) т,1, + т,1, = т( (тепловой баланс), (15-11) где 1 — энтальпия влажного воздуха, значения которой можно определить из диаграммы 1 — с(. Исключив т с помощью первого равенства, получим следующие уравнения; Почленное деление дает: (15-12) Из этой пропорции следует, что на графике зависимости удельного влагосодержания от энтальпии точка М, характеризующая состояние смеси, должна находиться на прямой 1 — 2, соединяющей две исходные точки (рис.
15-3). Положение точки М определяется уравнением (15-13) Следовательно, отношение отрез~на М-2 (рис. 15-3) к отрезку М-1 должно равняться отношению масс т1/ть Если воздух, характеризуемый состоянием 8, смешать с воздухом, хара~ктеризуемым.
состоянием 4, то в результате получится смесь, состояние которой будет определяться точкой, лежащей на прямой 3 — 4 (~р~ис. 15-3). Как видно из графика, состояние смеси может ха~рактеризоваться точкой, лежащей в области тумана. Примером этого может послужить видимость выдыхаемого воздуха в холодную погоду. Теплый, влажный воздух, выходящий из лвпких, смешивается с холодны~м наружным воз~духом и получается перенасыщенная смесь, жидкая ф~раиция вла~госодержания которой видима в форме тумана.
544 Другим примером является увлажнение воздуха водой или паром. Пусть исходное состояние воздуха ха~рактеризуется массой ть температурой 1, и влагосодержанием г(ь Пусть масса воды в воздухе и и ее энтальпия 1„. Тогда гн, (г1, — г(,) = пг„(материальный баланс); (15-14) тг (г, — 1,) = и 1 (теплоной баланс). (15-15) Индекс 2 указывает на конечное состояние смеси. Почленное деление дает: г', — Е, =г с~2 г11 (15-15) Это у~рагннение определяет направлен~не изменения состояния воздуха на графике зависимости удельного влагосодержания от энтальпии в процессе увлажнения.
Отношение изменения энтальпии (г — 1~) к изменению удельного влагосодвржания (Ы вЂ” гй),равняерся энтальпии воды г„. Это отношение определяет значение угла а (~рис. 15-4). Для Рис. 15-3. К определению состояния при смешении двух объемов воздуха с различным влагосодержанием по графику Молве. Рис. 15-4. К определению состояния воздуха при увлажнении его паром или водой при помоши графика Молве. облегчения определения этого угла на диапрамме Молье дается особая шкала, которая представляет собой лучи, исходящие из начальной точки (г=О и ос=О) и обозначаемые соответствующей энтальпией г (см. рис.
15-5). Эта шкала показана в верхней части,рис. 15-4. Пунктирная линия, соединяющая, начало координат со значением г' на шкале, определяет ~направление изменения состояния воз- 35 — 308 545 ~) духа. Если через точку т' (рис. 15-4), ха1рактеризующую состояние воздуха до увлажнения, провести прямую, па,раллельную пунктирной, то состояние воздуха 2 мосле увлажнения должно также лежать на этой линии. Окончательное состоявшие пгз на этой прямой определяется количеством примешиваемых водяных паров. Из урав~нения (15-14) следует: г(а — г(г = —, (15-17) что и определяет положение точки, характеризующей окончательное ~состояние. Энталыпия пара характеризуется величиной, порядка 555 ккал?кг. Из диапраммы г — и! видно, что,направление изменения состояния совпадает приблизительно с вертикалью.
Поэтому если насыщенный воздух увлажнять паром, то его температура лишь слегка изменится. Воздух с тума1ном ёагреваепся, когда смешивается с паром. Энталыпия воды равняется ее температуре. При впрыокива~нии воды в воздух линия направления ~изменения состояния имеет сильный наклон влево. Следовательно, ненасыщенный воздух ари разбрызгивании воды охлаждается. Может оказать~си,странным, что воздух охлаждается даже при ~разбрызгиваниями более теплой, чем воздух, воды.
Объясняется это тем, что при испарении вода отнимает тепло у воздуха. Д~ругие примеры применения рассматриваемого графика приводятся в последующем изложен~ни.,Подобные же графики оказались весьма полез~ными при ра~ссмотрении поведения смесей других газов '.
зддйчи 15-1. Насыщенный воздух при атмосферном давлении и температуре 10'С смешан с воздухом, удельная влажность которого 6=0,04. Какова должна быть минимальная температура второго воздуха, чтобы исключить любое локальное образование тумана в процессе смешения? Для получения ответа используйте диаграмму на рис. !5-5. 15-2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
