H,d – диаграмма влажного воздуха

На h,d–диаграмме, по оси ординат откладываются значения удельных энтальпий влажного пара h, а по оси абсцисс — значения массового отношения водяных паров к воздуху d.

Для удобного взаимного расположения линий, наносимых на h,d–диаграмму, она строится в косоугольных координатах, в которых ось абсцисс проводится под углом 135° к оси ор­динат, что дает возможность сделать эту диаграмму ком­пактной.

При таком взаимном расположении осей координат ли­нии постоянных значений удельной энтальпии (h = const), которые должны быть параллельны оси абсцисс, идут на­клонно. Однако чтобы удобнее было производить на диаграмме отсчеты, из начала координатпроводится горизонталь, на которую спроектированы значения удельной энтальпии h_1, h₂, h₃,... При этом линии постоян­ных значений массовых отношений d_l, d₂, d₃,... идут в ви­де прямых, параллельных оси ординат, т. е. вертикально.

Кроме того, на h,d–диаграмме наносят изотермы t_l, t₂, t₃,... и линии постоянных значений относительной концентрации водяных паров в воздухе φ₁ φ₂, φ₃,... (начиная от φ = 5% до φ = 100%). Эти линии строят только до изотермы 100° С, т.е. до тех пор, пока парциальное давление пара в воздухе Р_п меньше атмосферного давления Р_а. В тот момент, когда Р_пстанет равным Р_а, эти линии теряют физический смысл.

Кривая постоянного относительного значения φ = 100% делит всю диаграмму на две части. Та ее часть, которая рас­положена выше этой линии, – это область ненасыщенно­го влажного воздуха, в которой пар находится в перегретом состоянии. Часть диаграммы ниже линии φ = 100% – область насыщенного влажного воздуха.

Кроме перечисленных линий в верхней части диаграм­мы (над линией φ=100%) проведены еще линии постоянных истинных температур мокрого термометра t_м,1, t_м,2, t_м,3, … используемые в расчетах, связанных с процессами сушки в закрытых помещениях. Если процесс сушки производит­ся нагретым воздухом, то относительная концентрация его при этом повышается вследствие испаренной влаги. Если внутреннее пространство сушильной камеры изолировано от теплового воздействия внешней среды, то теплота, необходимая для испарения, может быть получена только за счет уменьшения внутренней энергии воздуха, находящего­ся в камере. Такой процесс сушки может рассматриваться как адиабатный.

Если его вести до полного насыщения воздуха, т. е. ли­нию этого процесса на h,d–диаграмме довести до пограничной кривой φ = 100%, то тем­пература воздуха, состояние которого определяется этой точкой, будет температурой адиабатного насыщения, или истинной температурой мокрого термометра, имеющего­ся в психрометрах – приборах для определения относитель­ной концентрации водяных паров в воздухе.

В таких приборах устанавливаются два одинаковых тер­мометра, но у одного из них шарик свободно омывается ок­ружающим воздухом и поэтому показывает температуру этого воздуха, не насыщенного водяными парами, а шарик другого, мокрого термометра обернут влажной тканью, обеспечивающей постоянный приток к шарику влаги. В та­ких условиях мокрый термометр показывает температуру не окружающего его воздуха, которая в адиабатном процессе испарения изменяется, а температуру насыщения воздуха, которая в процессе испарения остается постоянной и при­том ниже температуры сухого термометра.

По мере выпаривания влаги воздух все больше насы­щается парами воды, температура его понижается, и, на­конец, когда влажность станет максимальной (т. е. когда линия процесса дойдет допограничной кривой φ = 100%), температура сухого термометра пони­зится до истинной температуры мокрого термометра и ста­нет определяться изотермой, т. е. изотермой t_м,s.

Истинная температура мокрого термометра всегда не­сколько ниже показываемой этим термометром, что объяс­няется тем, что достичь полной адиабатности процесса вы­паривания не удается из-за проникновения в сушильную камеру теплоты извне и теплового воздействия на шарик мокрого термометра предметов, находящихся в камере. Для уменьшения влияния такого воздействия мокрый термометр обдувается сильной струей воздуха от вентилятора и, кро­ме того, защищается экраном. Тем не менее в показания мокрого термометра нужно вносить поправку на выступаю­щий столбик ртути, подсчитываемую по специальной фор­муле. Таким образом получается значение истинной темпе­ратуры мокрого термометра.

При построении на h,d–диаграмме линий t_м = const эта поправка учтена и температуры, определяемые с помощью этих линий, являются истинными температурами мокрого термометра.

Рассмотрим некоторые задачи, решаемые по h,d–диаграмме.

Подогрев. Поскольку в этом процессе массовая концентрация влаги воздухе dостается постоянной, ли­ния этого процесса должна идти вертикально вверх.

Испарение. Если считать удельную энтальпию жидкости(воды) равной ну­лю, то теплота, взятая из воздуха для испарения вла­ги, вернется в воздух вместе с выпаренной влагой. Таким образом, в этом процессе удельная энтальпия не изменится. Следовательно, про­цесс испарения идет по ли­нии h = const.

Адиабатное испарение (в ограниченном объеме), как уже говорилось, идет по линии t_м = const.

Нахождение точки росы. Определив по двум параметрам состояние заданного воздуха, нужно провести от нее вертикаль до погранич­ной кривой φ=100%. Тог­да изотерма t₂, на которой лежит точка, определит темпе­ратуру точки росы воздуха заданного состава.