Материалов с применением id-диаграммы

Тема лекции 9 Расчет расхода теплоносителя на сушку строительных

Контрольные вопросы

Литература

1 осн. [5-15],

2 доп. [3-7]

1. Что такое теплообменники.

2. Абсолютная и относительная влажность.

3. Что называют бинарной паровоздушной смесью

4. За­кон Бойля — Мариота, Гей-Люссака

Конечной стадией изучения тепловых процессов явля­ется их расчет. Расчет определяет оптимальные условия ведения процесса, потоки перерабатываемых материа­лов, энергетические затраты, необходимые для осуществ­ления процессов, устанавливает основные габариты ус­тановок. Для определения оптимальных условий ведения процесса его анализ начинают с рассмотрения кинети­ческих закономерностей. Любые процессы протекают только под действием градиента потенциала переноса VD (движущая сила процесса). Как известно, для теп­ловых процессов эта движущая сила представлена гра­диентом температуры, для гидродинамических — гради­ентом давления и т. д.

I-d диаграмма влажного воздуха была создана в 1918 году Л.К. Рамзиным. Плодами труда этого русского учёного пользуются до сих пор. Его диаграмма в настоящее время остаётся верным и надёжным инструментом при расчётах основных свойств влажного воздуха.

Так как расчёт изменения состояния атмосферного воздуха связан с проведением сложных вычислений, то обычно пользуются более простым и удобным методом. Т.е. применяют расчёт, основанный на I-d диаграмме Рамзина, которую ещё называют психрометрической диаграммой.

В координатах i-d диаграммы нанесены зависимости основных параметров влажного воздуха. Это температура, влагосодержание, относительная влажность, энтальпия. При заданном барометрическом давлении по оси ординат откладывают энтальпию на 1 кг сухого воздуха (кДж/кг). По оси абсцисс откладывают влагосодержание воздуха в г на 1 кг сухого воздуха.

Система координат i-d диаграммы является косоугольной. Угол между осями равен 135º. Такое расположение осей позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха. Таким образом, диаграмма становится более удобной для графических построений.

Линии постоянной энтальпии I=const проходят под углом 135º к оси ординат. Линии постоянного влагосодержания d=const проходят параллельно оси ординат.

Образованная линиями I=const и d=const сетка состоит из параллелограммов. На них строят линии изотерм t=const и линии постоянных относительных влажностей φ=const.

Стоит отметить, что хоть изотермы и представляют собой прямые линии, но они вовсе не параллельны между собой. Угол их наклона к горизонтальной оси различен. Чем ниже температура, тем более параллельны изотермы между собой. Линии температур, изображённые на диаграмме, соответствуют значениям по сухому термометру.

Кривую с относительной влажностью φ=100 % строят исходя из данных таблиц насыщенного воздуха. Выше этой кривой на диаграмме располагается область ненасыщенного влажного воздуха. Соответственно ниже этой кривой расположена область перенасыщенного влажного воздуха. Влага насыщенного воздуха, характеризующаяся данной областью, находится в жидком или твёрдом состоянии. Т.е. представляет собой туман. Данная область диаграммы не используется в расчётах характеристик влажного воздуха, поэтому её построение опускается.

Все точки диаграммы характеризуют конкретное состояние влажного воздуха. Чтобы определить положение любой точки нужно знать два параметра состояния влажного воздуха из четырёх - I, d, t или φ.

Влажный воздух в любой точке i-d диаграммы характеризуется определённым влаго- и теплосодержанием. Все точки расположенные выше кривой φ=100 %, характеризуют такое состояние влажного воздуха, при котором водяной пар в воздухе находится в перегретом состоянии. Точки, расположенные на кривой φ=100 %, так называемой кривой насыщения, характеризуют насыщенное состояние водяного пара в воздухе. Все точки, распложенные ниже кривой насыщения, характеризуют состояние, при котором температура влажного воздуха ниже температуры насыщения. Следовательно, в воздухе будет находиться влажный пар. Это означает, что влага в воздухе будет состоять из смеси сухого пара и капелек воды. При решении практических задач i-d диаграмма применяется не только для вычисления параметров состояния воздуха. С её помощью также строят изменения его состояния при процессах нагревания, охлаждения, увлажнения, осушения, а также их произвольном сочетании. В расчётах часто используются такие параметры воздуха как температура точки росы t_р и температура мокрого термометра t_м. Оба параметра могут быть построены на i-d диаграмме.

Температура точки росы t_р – это температура, соответствующая значению до которого должен быть охлаждён влажный воздух, чтобы стать насыщенным при постоянном влагосодержании (d=const). На i-d диаграмме температура точки росы t_р определяется следующим образом. Берётся точка, характеризующая заданное состояние влажного воздуха. Из неё проводим параллельно оси ординат прямую до пересечения с кривой насыщения φ=100%. Та изотерма, которая будет пересекать эту кривую в полученной точке, и будет показывать температуру точки росы t_р при заданном влагосодержании воздуха.

Температура мокрого термометра t_м – это температура при которой влажный воздух, охлаждаясь становится насыщенным при постоянном влагосодержании. Для определения температуры мокрого термометра на i-d диаграмме делают следующее. Через точку, характеризующую заданное состояние влажного воздуха проводят линию постоянной энтальпии I=const до пересечения с кривой насыщения φ=100 %. Значение температуры мокрого термометра будет соответствовать изотерме, проходящей через точку пересечения.

На i-d диаграмме все процессы перехода воздуха из одного состояния в другое изображаются лучами, проходящими через точки, характеризующие начальное и конечное состояние влажного воздуха.Как применять i-d диаграмму влажного воздуха? Как уже говорилось выше для определения состояния воздуха нужно знать любые два параметра диаграммы. Например, возьмем какую-либо температуру по сухому термометру и какую-либо температуру по мокрому термометру. Найдя точку пересечения линий этих температур, получим состояние воздуха при заданных температурах. Таким образом, данная точка чётко характеризует состояние воздуха. Аналогично примеру, по этим температурам можно найти состояние воздуха в любой точке i-d диаграммы.

h – d (I – d) диаграмма влажного воздуха

На диаграммах влажного воздуха энтальпия отнесена к 1 кг сухого воздуха (имеет размерность кДж/кг с.в.; иногда ккал / кг с.в.) и может обозначаться буквами h или I, а влагосодержание d обычно приводится в г/кг с.в. Значения энтальпии h при различных влагосодержаниях d рассчитываются по формуле (26). Изотермы ненасыщенного воздуха в h – -d диаграмме являются прямыми, причём угол наклона этих прямых к оси абсцисс будет увеличиваться с ростом температуры. Это следует из выражения для производной

(9.1)

При изменении температуры в пределах 0…100 ⁰С угол наклона меняется незначительно, так как второе слагаемое в правой части уравнения (9.1) более чем на порядок отличается от первого. Как видно из уравнения (9.2), энтальпия влажного воздуха сильно изменяется с изменением d и относительно мало с изменением t. Поэтому в прямоугольной системе координат h- – d область ненасыщенного воздуха получается сжатой и неудобной для практического применения. Более удобной оказывается диаграмма с осью абсцисс, совмещенной с изотермой 0 ⁰ С. В этом случае ось d оказывается наклоненной к оси абсцисс под углом., причём

, (9.2)

а система координат оказывается косоугольной. Линии d = const в этой системе координат параллельны оси ординат, а линии h = const параллельны оси d, то есть располагаются под углом к оси абсцисс. По значениям влагосодержания насыщенного воздуха ds при различных температурах (формула (9.2)) строится Белоусов В.С., Нейская С.А. Термодинамические свойства и Ширяева Н.П., Ясников Г.П. процессы влажного воздуха линия насыщения = 100% (по формуле (9.2) – линии = const), а по экспериментально определённым значениям температур мокрого термометра – линия t_м= const. По диаграмме можно определить также парциальное давление водяного пара во влажном воздухе. Поскольку положение линии насыщения будет зависеть от давления смеси, то для того, чтобы не загромождать диаграмму, её строят для определённого давления (чаще всего для давления, близкого к атмосферному). Такая диаграмма приведена в приложении 2 для давления 745 мм рт. Ст