Пример пользования H,d- диаграммой

При известных температурах сухого t₁и мокрого t_м1 термометров, взятых с показаний психрометра, определяем на их пересечении в H,d- диаграмме точку 1, соответствующую состоянию влажного воздуха (см. рис.7.6). По осям координат находим H₁ и d₁ и проходящую через точку 1 линию j₁=const. На пересечении линий d₁=const и j₁=100 % определяется температура точки росы t_1росы, а по зависимости Р_п=f(d) и d₁ находится парциальное давление пара Р_п1.

Если точка А (см. рис.7.6) располагается в области перенасыщенного влажного воздуха и мы знаем ее температуру, то определить влагосодержание d_А в ней можно только экспериментально. Влагосодержание пара в этой точке соответствует величине d_нА, находящейся на пересечении линий t_А и j=100 %. Влагосодержание жидкой фазы воды в этой точке определяется как разность влагосодержаний: d_жА=d_А-d_нА. Парциальное давление пара для точки А равно давлению насыщения: Р_А=Р_нА при t_А и j=100 %.

Изображение процессов влажного воздуха в H,d- диаграмме

Рассмотрим в H,d- диаграмме (рис.7.11) основные процессы влажного воздуха, встречающиеся в практике. К таким процессам относятся: нагрев и охлаждение влажного воздуха, сушка материалов воздухом и поглощение материалами влаги из воздуха (калориферы, сушилки и т.п.). Обычно эти процессы идут при постоянном давлении Р=const, при этом влагосодержание воздуха может оставаться неизменным, увеличиваться и даже уменьшаться в зависимости от наличия или отсутствия взаимодействия воздуха с объектами, содержащими воду или способными ее поглощать.

Рассмотрим сначала изобарные процессы нагрева и охлаждения влажного воздуха при отсутствии контактирования его с объектами, содержащими воду, т.е. при его постоянном влагосодержании d=const.

Процесс нагрева12 осуществляется при подводе теплоты к воздуху и сопровождается увеличением температуры и энтальпии. В H,d- диаграмме он представляет вертикальную прямую, идущую вверх. Относительная влажность воздуха в этом процессе уменьшается (j₂<j₁). Снижение относительной влажности в таком процессе увеличивает потенциальные возможности воздуха по забору влаги из окружающей среды, т.е. осуществлять сушку материалов всегда более эффективно горячим воздухом.

Процесс охлаждения1А осуществляется при отводе теплоты от воздуха и сопровождается уменьшением температуры и энтальпии. В H,d- диаграмме он также представляет вертикальную прямую, но идет вниз. Относительная влажность воздуха в этом процессе возрастает.

В случае охлаждения воздуха ниже температуры точки росы (t_А<t_1росы) можно определить по H,d- диаграмме количество влаги, выпавшей в виде капелек жидкости из воздуха d_жА. Для этого определяется количество пара в перенасыщенном воздухе d_нА по t_А и j=100 % и по разности влагосодержаний d₁-d_нА=d_жА находится влагосодержание жидкой фазы воды в воздухе. В конце такого процесса степень сухости водяного пара со снижением температуры будет уменьшаться. Рассчитать ее можно по влагосодержаниям паровой и жидкой фаз воды в воздухе:

.

Рассмотрим изобарный процесс влажного воздуха, идущий при контакте его с объектом, содержащим воду и имеющим одинаковую с воздухом температуру, т.е. при отсутствии теплообмена между ними.

К такому процессу относится процесс сушки для материала, содержащего воду. В этом процессе воздух используется в качестве сушильного агента. Поскольку воздух контактирует с материалами, содержащими воду, его влагосодержание может увеличиваться. Увеличение влагосодержания воздуха может происходить за счет испарения воздухом воды и за счет механического уноса им капелек жидкости.

Рассмотрим сначала случай, когда увеличение влагосодержания воздуха происходит только за счет испарения воды (процесс 23, рис.7.11). В этом случае относительная влажность воздуха в начале процесса должна быть меньше 100 %. Теплота, идущая на испарение воды, берется из воздуха и передается испаряемой воде, поступающей в воздух. В результате испарения воды воздух охлаждается, температура его уменьшается, а испаренная вода в виде пара уносится потоком воздуха, увеличивая его влагосодержание на величину d_исп=d₃-d₂. За счет увеличения влагосодержания (d₃>d₂) возрастает и парциальное давление водяного пара (Р_п3>Р_п2) в этом процессе. Однако энтальпия влажного воздуха при этом остается неизменной (Н₂=Н₃), поскольку внешнего подвода (отвода) теплоты не было, а просто произошло перераспределение энергии между воздухом и добавившимися к нему водяными парами. За счет снижения температуры воздуха его составляющая по сухому воздуху в энтальпии влажного воздуха уменьшилась, а составляющая энтальпии водяных паров увеличилась. Для нахождения конечных характеристик воздуха такого процесса достаточно замерить его температуру t₃ и на пересечении этой изотермы с изоэнтальпой H₂=const по H,d- диаграмме определить конечную точку процесса 3.

В случае наличия потерь теплоты в окружающую среду в аналогичном процессе сушки (процесс 23') энтальпия воздуха будет уменьшаться (H_3'<H₂). Для определения конечного состояния воздуха по H,d- диаграмме в этом случае необходимо кроме температуры t₃ знать второй параметр (температуру мокрого термометра, относительную влажность, влагосодержание).

В случае если процесс сушки осуществляется воздухом, имеющим 100 % - ную относительную влажность, его влагосодержание может увеличиваться только за счет механического уноса потоком воздуха капелек воды.

Этот процесс в H,d- диаграмме будет идти в области тумана по изотерме (рис.7.12, процесс 12), поскольку при отсутствии испарения воды температура воздуха изменяться не будет. Энтальпия воздуха в конце такого процесса будет больше, чем энтальпия воздуха в начале процесса (H₂>H₁). Такое возрастание энтальпии обусловлено появлением слагаемого 4,187td_ж/1000 в расчетном выражении энтальпии влажного воздуха в области тумана. Поскольку унос капель воды в нашем процессе приводит к увеличению d_ж от нуля до d_ж2, то, несмотря на постоянство температуры воздуха в процессе 12, его энтальпия будет возрастать. Только в случае наличия потерь теплоты во внешнюю среду данный процесс может идти со снижением температуры и энтальпии. Для определения по H,d- диаграмме конечного состояния воздуха в этом случае необходимо определить опытным путем его температуру и количество унесенной влаги в пересчете на 1 кг сухого воздуха (d_ж2=d₂-d₁).

Процесс поглощения влаги из воздуха объектом, имеющим одинаковую с ним температуру, при отсутствии теплообмена с окружающей средой будет идти при постоянной температуре в сторону уменьшения влагосодержания воздуха (процесс АВ, рис.7.12). Относительная влажность, энтальпия и парциальное давление водяного пара будут уменьшаться, если весь процесс идет в области ненасыщенного влажного воздуха.

В том случае, если такой процесс идет в области тумана (процесс 21, рис.7.12), уменьшение влагосодержания воздуха будет происходить только за счет поглощения из воздуха капелек воды. Этот процесс обратный процессу сушки 12 за счет уноса капелек влаги. В процессе 21 температура и парциальное давление водяного пара остаются неизменными, а влагосодержание и энтальпия воздуха уменьшаются.Если процесс поглощения влаги из воздуха идет с потерями теплоты в окружающую среду, температура воздуха будет уменьшаться.

В технологических установках температуры воздуха и объекта, с которым контактирует воздух, могут быть различными. Поэтому конечная температура, энтальпия, влагосодержание и другие параметры воздуха в конце таких процессов определяются с учетом этих факторов. Однако данный вопрос выходит за пределы курса технической термодинамики и требует дополнительных знаний из области тепломассообмена. Подробное рассмотрение данных процессов осуществляется в специальных курсах и литературе по сушильным аппаратам и кондиционированию после изучения курсов технической термодинамики и тепломассообмена.