Лекция №3 Изменение тепловлажностного состояния воздуха

План

Воздуха в I-d-диаграмме

2.1. Применение I-d-диаграммы для расчетов.

2.2. Угловой масштаб на I-d-диаграмме.

2.3. Процесс смешения воздуха.

2.1. Применение I-d-диаграммы для расчетов

В вентиляционном процессе происходят изменения тепловлажностного состояния, которые удобно прослеживать и рассчитывать с помощью I-d-диаграммы.

Каждая точка в поле диаграммы соответствует определенному тепло-влажностному состоянию воздуха. Положение точки определяется любыми двумя из пяти параметров состояния. Остальные три могут быть определены по I-d-диаграмме как производные. Диаграмма удобна не только для определения параметров состояния воздуха, но и для построений изменения его состояния при нагреве, охлаждении, увлажнении, осушке, смешении и сочетании этих процессов в произвольной последовательности.

Пользуясь I-d-диаграммой, легко получить еще два очень важных пара-метра тепловлажностного состояния воздуха: температуру точки росы воздуха t_p и температуру мокрого термометра воздуха t_м (рис.II.1).

Рис.II.1. Определение температуры мокрого термометра t_м и температуры точки росы t_p.

Допустим, что воздух, имеющий начальные параметры, обозначенные точкой А на рис.II.1, охлаждается без изменения его влагосодержания. Процесс будет направлен вниз по линии d_А=const. Если при таком охлаждении относительная влажность воздуха достигнет 100%, то дальнейшее охлаждение воздуха будет сопровождаться конденсацией влаги и образованием тумана.

Точка пересечения линии d_А=const с кривой насыщения φ = 100 %, называется точкой росы для воздуха, имеющего параметры А (и всех состояний воздуха при влагосодержании d_А), а температура t_p – температурой точки росы.

Температура точки росы t_p или просто точка росы – это такая температура, до которой надо охладить влажный (ненасыщенный) воздух, чтобы он стал насыщенным (φ = 100 %) при сохранении постоянного влагосодержания. Это низший предел охлаждения температуры воздуха при постоянном влагосодержании.

Разность температур принято называть гигрометрической разностью температур.

Любой точке, расположенной на какой – либо линии d=const, соответствует лишь одно значение температуры точки росы и одна гигрометрическая разность температур.

В практике проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха принято считать, что при увлажнении воздуха без подвода или отвода тепла изменение состояния воздуха происходит по линии I=const, как это показано на рис.II.1. линия I_А=const.

Температура, соответствующая пересечению линии I_А=const с кривой насыщения φ = 100 %, называется температурой мокрого (или влажного) термометра t_м.

Температура воздуха по мокрому термометру t_м – это температура насыщенного воздуха в условиях испарения воды при сохранении постоянной энтальпии, равной начальной.

Разность температур называют психометрической разностью температур. Любой точке, расположенной на какой-либо линии I=const, соответствует лишь одно значение t_м, так как в практике обычных расчетов принято считать, что линия I=const является и линией постоянной температуры мокрого термометра (что является допущением).

Как видно из сказанного, температура точки росы и температура мокрого термометра являются также основными параметрами влажного воздуха, с помощью которых могут быть определены при известном барометрическом давлении все остальные его параметры. На этом основано, в частности, определение состояния влажного воздуха по измеренным температурам сухого и мокрого термометров.

2.2. Угловой масштаб на I-d-диаграмме

На I-d-диаграмме любая точка обозначает вполне определенное физи-ческое состояние воздуха.

Если точка 1 (рис.II.2) соответствует начальному состоянию воздуха, а точка 2 его измененному состоянию, то линия, соединяющая эти две точки, характеризует процесс изменения состояния воздуха и носит название луча процесса.

Направление луча процесса определяют угловым коэффициентом ε, который равен отношению

. (2.1)

Рис.II.2. К определению направления луча процесса изменения состояния воздуха

в I-d- диаграмме.

Коэффициент ε измеряется в кДж/кг влаги. Этот параметр называют также тепловлажностным отношением, поскольку он показывает величину приращения количества теплоты на 1 кг полученной (или отданной) воздухом влаги. Если начальные параметры воздуха различны, а значения ε одинаковы, то линии, характеризующие изменение состояния воздуха, параллельны между собой.

Выражение (2.1) можно изобразить, умножив числитель и знаменатель на расход воздуха G, кг/ч, участвующего в процессе

, (2.2)

где Q _n – поток полной теплоты, обмененной в процессе изменения состояния воздуха, кДж/ч; W _изб – расход влаги, обмененной в процессе изменения состояния воздуха, кг/ч.

Иногда величину называют угловым масштабом.

Прямые, выражающие изменения состояния воздушно-паровой смеси, имеющие одинаковые значения углового коэффициента, параллельны друг другу. Это дает возможность построить на I-d-диаграмме угловой масштаб, облегчающий практическое нанесение лучей. Линии проводят из начала координат I-d-диаграммы, т. е. из точки I=0 и d=0. Соединяя начало координат с продолжением соответствующего значения углового масштаба, нанесенного на полях, получаем луч, характеризующий направление процесса для данного значения тепловлажностного отношения.

Практическое использование масштаба сводится к перепаду масштабного луча с соответствующим значением углового коэффициента с таким расчетом, чтобы он проходил через заданную точку, которой может являться точка, определяющая начальное или конечное состояние воздуха в зависимости от условий задачи.

В зависимости от характера процесса лучи имеют различное направление, и значение может быть положительным или отрицательным. В этой связи следует рассмотреть влияние знака на направление луча процесса. От соотношения Δ I и Δ d угловой коэффициент может изменять свое значение и знак от -∞ до +∞ (рис.II.3).

Рис.II.3. Характерные области значений показателя направления луча процесса изменения тепловлажностного состояния воздуха - углового коэффициента

ε (I и III - ε > 0; II и IV - ε < 0).

На I-d-диаграмме можно выделить 4 сектора с характерным изменением ε.

I сектор

II сектор

III сектор

IV сектор

Таким образом, лучи, имеющие положительные значения углового коэффициента, могут располагаться в секторах I или III, а лучи, имеющие отрицательные значения, - во II или IV.

2.3. Процесс смешения воздуха

Наружный воздух, подаваемый в помещение, в ряде случаев предварительно смешивают с внутренним воздухом (происходит рециркуляция внутреннего воздуха). Процесс смешения воздуха в I-d-диаграмме изображается прямой, соединяющей точки, соответствующие состоянию смешиваемых масс воздуха. Точка смеси всегда располагается на этой прямой и делит ее на отрезки, длины которых обратно пропорциональны смешиваемым количествам воздуха.

Рис.II.4. Изображение в I-d-диаграмме процесса смешения двух масс воздуха

разного состояния.

Если смешивать воздух состояния 1 (рис.II.4) в количестве G с воздухом состояния 2 в количестве nG, то точка смеси 3 разделит отрезок 1-2 или его проекции Δ I _1-2 и Δ d _1-2 на части 1-3, 3-2 или Δ I _1-3, Δ I _3-2, Δ d _3-2, отношение длин которых равно

. (2.3)

Таким образом, чтобы найти точку смеси, нужно отрезок 1-2 или его проекции разделить на n +1 часть и отложить от точки 1 одну часть, оставив n частей до точки 2. Такое построение определит положение точки смеси 3.

Возможен случай, когда точка смеси окажется в области ниже линии φ =100%. Это значит, что при смешении будет образовываться туман (конденсация в мелкие капли водяных паров, содержащихся в воздухе). Если принять, что температура выпадающей влаги близка к температуре мокрого термометра, которой соответствует (I ₃' = const) точка смеси 3' (рис.II.5), то действительные параметры точки смеси 3 будут соответствовать пересечению линий I ₃' = const и φ = 100%.

Рис.II.5. Изображение в I-d - диаграмме процесса смешения воздуха при расположении точки смеси ниже линии φ = 100%.

Количество выпавшей из 1 кг воздуха влаги будет равно

. (2.4)