Термодинамика Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. (1013734), страница 34
Текст из файла (страница 34)
кДж (8. 31) Окончательно без простановки единиц физических величин будем иметь Ь = 1 ° й т (2501 ~- 1,93 Е)г(„+ 4,19И . (8,32) 8.5. г1с(-Диаграмма влажного воздуха На практике при различных расчетах и исследованиях термодинамических процессов, связанных с влажным воздухом, вместо уравнения (8.29) удобно пользоваться Ьг(-диаграммой, впервые предложенной в 1918 г.
русским ученым Л. К. Рамзиным, именем которого она обычно и называется. Диаграмма влажного воздуха показана на рис. 8.2. Диаграмма строится для среднего атмосферного давления р „= 0,0991 МПа, но с вар достаточной точностью может применяться и для небольших отклонений от этого давления. По оси абсцисс в диаграмме отложено массовое влагосодержание д, а по оси ординат — энтальпия влажного воздуха Ь, отнесенная к 1 кг сухого воздуха. Диаграмма строится в косоугольных координатах с углом между изоэнтальпами и линиями с( = сопз(, равным 135'.
За начало координат принята точка, в которой ~ = 0 "С, д = 0 и Ь = О. Наносимые значения Ь в зависимости от д рассчитываются по уравнению (8. 29). 217 Глава З. Влвхскысй воздух Ь, кДж/кг, 147 126 105 6000 21 6000 000 гооо 0 А,10 20 30 40 сто 60 с1,г,скг,„„ ,д Рис. 8.2 — „) =гбО1+1,031, (.) = до у с (8.33) в результате изотермы получаются в виде наклонных линий. Чем больше численное значение г, тем круче идет изотерма. 216 На 7ссг-диаграмме, кроме линий, отражающих зависимость Ь = Дсс), представлены также изотермы г = сопз1, линии постоянной относительной влажности воздуха сз„„х = сопз$ и линии парциальных давлений водяного пара р„, содержащегося в воздухе. Строится диаграмма в следующей последовательности. Уравнение (8.29) дифференцируется по массовому влагосодержанию при г = сопз1 5.5. ЛгГ-диаграмма влажного воздуха ( —, ) = 4,19г. (8,34) Следовательно, нзотермы в этой области также представляют собой прямые линии, угол наклона которых возрастает с увеличением температуры, но значительно меньше, чем в области ненасыщенного воздуха 1см.
уравнение (8.33)). Изотермы при переходе через линию насыщения претерпевают излом и, как правило, на Ьг(-диаграмму не наносятся. Любая точка Ьс(-диаграммы характеризует определенное состояние влажного воздуха, а изменение этого состояния характеризуется линией процесса. Используя Ьг(-диаграмму влалсного воздуха, можно: ° по известным двум параметрам, например гр„, и г или и р,, определить соответственно Ь или гз, а по с(— воэд величины р„и г; ° для каждого состояния влажного воздуха определить точку росы. Для этого необходимо из точки, характеризующей рассматриваемое состояние воздуха, провести вертикаль до пересечения с кривой г(г„„= 100%; 219 Изотерма г = 0'С идет из начала координат, а изотерма г = 100 'С начинается при Ь = 100 кДж/кг, „„,„, что следует из уравнения (8.29) при г( = О. В дальнейшем на диаграмму наносится линия насыщенного водяным паром влажного воздуха (линия г11„, = 100%).
Для этого для каждой температуры по таблицам водяного пара (см. равд. 7.6) определяются р,, а по формуле (8.12) — максимальное влагосодержание с(,. Чем выше температура, тем больше г(„а следовательно, кривая гр, = 100% имеет положительный наклон и асимптотически приближается к изотерме 100 'С. Кривая гр,х = 100% характеризует состояние насыщенного воздуха. Выше этой кривой воздух находится в насыщенном состоянии, а ниже — в перенасыщенном состоянии, когда дальнейшее увеличение количества влаги в воздухе не приводит к росту влагосодержания, и влага будет конденсироваться, образуя туман.
Увеличение с( в области тумана происходит за счет д, поскольку с(, = г(, остается неизменной. Изотермы в области тумана определяются дифференцированием уравнения (8.32) по с( при г = сопз$: Глава 8. Влажный воздух е проследить основные процессы, которые происходят при нагревании, охлаждении влажного воздуха, увлажнении воздуха, смешении потоков, конвективной сушке, и определить параметры в характерных точках процессов. 8.6. Основные процессы с влажным воздухом Для получения более четких представлений о рассматриваемых явлениях рассмотрим основные процессы на конкретных примерах.
8.8.1. Негрееаиие елажнога воздуха. Пусть влажный воздух в точке А с температурой ~ = 30 'С и относительной влажностью д„, = 20',хв нагревается в калорифере до температуры ~„,„= 55 лС. Пагревание воздуха в калорифере происходит при й = сопз$, и поэтому процесс изображается вертикальной линией А.В (см. рис. 8.
2). В конечной точке процесса  — относительная влажность воздуха, найденная по диаграмме, будет равна д„, =- 5"/в. Расход теплоты на подогрев воздуха составит ~.'~5 = лв — йА = 25 кДж~'кг. 8.8.2. Охлаждение влажного воздуха. Пусть влажный воздух в точке С с температурой ~ = 90 'С и относительной влажностью у„,„= 10",в охлаждается до температуры 10 'С. Процесс охлаждения пойдет по линии с( = сопз1, но воздух может охладиться только до 8 = 40'С (точка Р на рис. 8.2). В этой точке влажный воздух становится насыщенным. При его дальнейшем охлаждении происходит конденсация влаги, которая приводит к уменьшению влагосодержания с( (линия РХ).
Условно процесс конденсации происходит при <р,„,„= = 100% до точки Л', где температура будет равна конечной (10 'С). Количество сконденсировавшейся влаги при охлаждении от начальной до конечной температуры определяется разностью влагосодержаний в точках С и ху', т. е. Ьд = а( — с1 = 42,2 гдкг ). 220 8.8. Основные процессы с влакным воздухом 8.6.3. Адиабатное увлажнение воздуха. С испарением влаги встречаются при сушке материалов нагретым воздухом. Если в сушильной камере нет потерь в окружающую среду и внешнего подвода теплоты, а температура сушильного материала в начале и конце сушильной камеры одинакова (например, г = 0 'С), то испарение влаги происходит за счет теплоты влажного воздуха. При этом влагосодержание воздуха увеличивается, а температура понижается.
Однако энтальпия влажного воздуха остается постоянной, так как теплота, затраченная на испарение влаги, возвращается обратно во влажный воздух с испарившейся влагой. Таким образом, процесс адиабатного увлажнения воздуха в сушильной камере будет протекать при Ь = сепах (процесс М Х на рис. 8.2). Пределом охлаждения воздуха будет температура (точка Х), соответствующая его полному насыщению умвх = 100%. Температура, при которой воздух охлаждается при Ь = сопз$ и становится насыщенным, называется температурой адиабатного насьпцения или температурой мокрого термометра. Количество испаренной воды в процессе М Х ~ (= (х — (м=30 — 12=18г4кгсух.во~). 8.6.4. Смешение потоков.
Процесс смешения двух потоков влажного воздуха обычно происходит при р = сопз1 без теплообмена с окружающей средой. Пусть в камеру смешения поступают два потока влажного воздуха с количествами сухого воздуха в них соответственно т и т . Первый поток имеет параметры с(„11 и Ьп второй поток — Ив, ~з, Ьз. Из камеры смешения выходит влажный воздух, содержащий т кг сухого воздуха с параметрами д, 8, Ь. Очевидно, что (8.3б) т=т,+т. Общее количество влаги после смешения двух потоков (8.36) Отсюда д ш~й1 и швах ш~с(1 и тваз (8.37) т1+ та 221 Глава Е.
Влажный воздух Полученное уравнение можно записать в виде ~'а 12 121 л21 да — д (8.38) Уравнение теплового баланса смешения в камере будет иметь вид 1121 1 1122 2 (8. 39) откуда Ь т1Ь1+ тгЬ2 т1Ь1+ тгЬ т т1+ тг (8. 40) или уи Ь вЂ” Ь, (8.41) л21 Ьг — Ь, Из выражений (8.38) и (8.41) следует, что Ь вЂ” Ь Ь вЂ” Ь г 32 31 3 ~~1 (8.42) Следовательно, на Ь11-диаграмме (см.
рис. 8.2) точка Е, характеризующая состояние влажного воздуха после смешения, должна лежать на прямой, соединяющей точки исходных состояний влажного воздуха 1 и 2. Положение точки Е на прямой смешения 1 — 2 определяется через массовые доли смешивающихся потоков газов. Поскольку т1 тг Ю 01, = 7П1 + лгг 2121 -'- лгг то, используя (8.38) и (8.41), находим — д — о г ~~г 31 ~~г 31 (8.43) Это означает, что точка Е делит прямую смешения в отношении су1: ауг Если известны начальные значения л21 и лгг и состояние воздуха в точках 1 и 2, то состояние в момент смешения (точка Е) определится согласно (8.43) при нанесении сг и су на прямую смешения. Точка Е на диаграмме соответствует случаю, когда массы каждого потока, отнесенные к сухому воздуху, равны 222 = лгг = 1 кг.
Первый поток имеет следующие параметры: 6 0 С д 1 3 0 1 У к 1 Ь 1 1 3 8 5 к Д ж ~ к 1 у „, в тор ой ка Е имеет паРаметРы лг = 2 кг, 2 = 70 'С, д = 35 г/кг у Ь = 162,4 кДж/кг. Задачи и их решение 8.6.5. Конвективная сушка. В сушильных установках рабочим телом является воздух из атмосферы — влажный воздух. Процесс, проходящий в сушильных установках, распадается на два этапа.
Сначала атмосферный воздух с относительной влажностью д им з и температурой г (точка 3) направляется в калорифер. При этом температура воздуха увеличивается от йз до Г4, а относительная влажность уменьшается от у„а з до у„, 4. Этот процесс изображается вертикальной прямой Ы = сопз1 (процесс 3 — 4 на рис. 8.2). Разность энтальпий Лй = Ьз — 64 соответствует затратам теплоты на подогрев влажного воздуха. На втором этапе нагретый после калорифера воздух поступает в сушильную камеру, где за счет теплоты, отдаваемой воздухом, происходит испарение влаги из высушиваемого материала и в связи с этим — увлажнение воздуха. Процесс адиабатного увлажнения воздуха в сушильной камере происходит при л = сопз$ (процесс 4 — б).
Разность влагосодержаний с( — дз определяет количество влаги, испаренной на 1 кг сухого воздуха. В рассматриваемом примере атмосферный воздух с параметрами 1з = 20 'С, дз = = 6 г/кг, „„„„, ф„, з = 60 /о нагревается до температуры г4 = = 100'С и поступает в сушильную камеру, откуда выходит с параметрами гз = 10 'С и у„, = 100'/о. Конечное влагосодержание воздуха Из = 32 г/кг,„ Таким образом, на 1 кг сухого воздуха испаряется влаги д = дз — дч = 32 — 6 = 26 г!кг сух.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
