1.2.1.7 Особенности протекания процессов с влажным воздухом

Влажный воздух или газ (содержащий определенное количество влаги) может применяться как теплоноситель в системах вентиляции, кондиционирования, сушильных установках. Основными параметрами, характеризующими состояние влажного воздуха (газа), кроме температуры и давления, являются:

· x – абсолютное влагосодержание, т.е. масса водяных паров в 1 кг сухого воздуха, кг/кг;

· d – влагосодержание, г/кг сухого воздуха;

· φ – относительная влажность, %;

· Н – теплосодержание влажного воздуха.

Процессы влажного воздуха могут быть изображены в диаграмме при известных параметрах.

Теплосодержание влажного воздуха, отнесенное к 1кг абсолютно сухим воздуха

, (1.115)

где энтальпия перегретого пара (идеального газа).

При атмосферном давлении (характерно для большинства процессов) используется формула Рамзина:

, (1.116)

где с=1,003 теплоемкость сухого воздуха, кДж/кг град.

Одновременно с абсолютным влагосодержанием d может использоваться относительная влажность φ, равная отношению d к максимально возможной при данных P и t.

Относительная влажность может быть определена как отношение массы водяного пара в 1м³ влажного воздуха к массе пара, необходимого для полного насыщения 1м³ воздуха:

, (1.117)

где Р - парциальное давление пара при данной температуре t.

Абсолютное влагосодержание находится по уравнению смеси идеальных газов:

и . (1.118)

Отсюда:

, кг/кг сух.воздуха, (1.119)

, г/кг сух.воздуха. (1.120)

Связь абсолютного и относительного влагосодержания:

, (1.121)

где В - общее давление парогазовой смеси.

Максимальное влагосодержание (φ=100 %):

. (1.122)

Так как увеличивается с возрастанием температуры t, то также увеличивается и тем больше, чем выше температура t.

При известном влагосодержании парциальное давление паров можно определить по уравнению:

. (1.123)

Вышеприведенные формулы используются для приближенных расчетов (в состоянии, близком к насыщению). Для более точных расчетов используется диаграмма (рисунок 1.60). В зависимости от назначения диаграммы строятся в различных пределах температур и различных масштабах (для систем отопления и вентиляции -30+60°С, сушильных установок – 200÷1300°С).

1 – ненасыщенный пар, 2 – линия насыщения, 3 – область пересыщенного пара

Рисунок 1.60 – диаграмма влажного воздуха

По диаграмме для заданных любых двух параметров могут быть найдены другие: t, φ, d, Н, . В смесительных теплообменниках могут протекать различные процессы тепла и массообмена (рисунок 1.61).

Рисунок 1.61 – Основные процессы влажного воздуха

Процесс подогрева воздуха (например, в калорифере) изображается вертикальной линией АВ. Влагосодержание воздуха при этом не изменяется. Процесс охлаждения воздуха при достаточно сухом воздухе и незначительном понижении температуры также изображается вертикальной линией ВА.

При значительном охлаждении может произойти осушка воздуха. В этом случае процесс сначала идет по линии В₁С₁. При достижении температуры росы и дальнейшем охлаждении воздуха начинается конденсация излишков водяных паров (линия С₁С₂). Количество сконденсированной влаги определяется конечной температурой и равно .

Процесс испарения влаги в окружающий воздух (при условии, что температура воды равна 0°С) идет по линии Н=const (адиабатное испарение) c увеличением влажности воздуха d. Испарение осуществляется за счет тепла воздуха, поэтому температура последнего уменьшается. Предельное снижение температуры воздуха происходит до температуры мокрого термометра .

Температура мокрого термометра определяется с помощью психрометра и используется для определения влажности воздуха. Для этого из точки на φ=100%, которая соответствует , проводится линия Н=const до изотермы, соответствующей температуре сухого термометра. В точке В₁ определяется абсолютное влагосодержание воздуха .

Если температура воды больше 0°С, то необходимо учитывать физическое тепло воды. В этом случае истинная , так имеет место политропное (неадиабатное) испарение.

На практике часто встречаются случаи смешения воздуха с различным влагосодержанием, например, в системах кондиционирования при включении рециркуляции воздуха (рисунок 1.62).

Процесс смешения воздуха с различным влагосодержанием заложен в основу многократной циркуляции, когда часть отработавшего воздуха (состояния В или ) смешивается со свежим воздухом (А или ).

Уравнение теплового и материального баланса процесса смешения:

, (1.124)

где – кратность циркуляции или пропорция смешения воздушных масс и .

Рисунок 1.62 – Процессы смешения воздуха с различным

влагосодержанием

Из этих уравнений можем получить соотношение:

. (1.125)

Уравнение 1.125 является уравнением прямой линии АВ.

При заданном влагосодержании смеси воздуха (или теплосодержании ) кратность циркуляции определяется по формуле:

(1.126)

Если же известна кратность циркуляции, то конечные параметры смеси воздуха находятся по уравнениям:

(1.127)

Процесс смешения может протекать через пересыщенную область (линия А₁ С₁ В₁). Пересечение линии процесса с кривой насыщения φ=100% свидетельствует о конденсации части водяных паров.

В точке воздух насыщен водяными парами и кроме того содержит капли влаги. Действительные параметры влажного воздуха (без учета капель влаги) определяется в точке , которая находится в точке пересечения линии Н=const с линией φ=const. Количество сконденсированной влаги определяется разностью влагосодержаний в точках и .

наверх