Билет 3 Теплоемкость влажного воз­духа

1) Аналитическое определение параметров влажного воздуха

Смесь сухого воздуха (не содержащего молекул воды) с водяным паром называется влажным воздухом.

Смесь, состоящую из сухого воздуха и н асыщенного водяного пара, называют насыщенным влажным воздухом. Парциальное давление водяного пара в этой смеси равно давлению насыщения при данной температуре. Количество пара в каждом кубическом метре такого воздуха численно равно плотно­сти сухого насыщенного пара р" (кг/м3). Общее давление влажного воздуха, согласно закону Дальтона, равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара, входящих в его состав: Р = Рв + Рп где р_в — парциальное давление сухого воздуха; р_п — парциальное давление водяного пара. Масса пара в 1 м³ влажного воздуха, численно равная плотности пара р_п при парциальном давлении р_п,н а з ы в а е т с я абсолютной вл аж­ностью. Отношение м а ссы п а ра т_п во влажном воздухе к м а ссе сухого воз­духа т_в в н е м н а з ы в а ю т в л а г о с о д е р ж а н и е м в о з д у х а и и з м е р я ю т в к и л о ­граммах на килограмм (кг/кг) или в граммах на килограмм (г/кг): d = Pn/m_B или d=Pп/Pв Следовательно, величина d измеряет массу пара, содержащегося в 1 кг сухого воздуха или в (1 + d) кг влажного воздуха. О т н о ш е н и е д е й с т в и т е л ь н о й а б с о л ю т н о й в л а ж н о с т и н е н а с ы щ е н н о г о воз д у х а к м акси м альн о возможной абсолютной влажности воздуха при той же температуре называют относительной влажностью и обозна­чают φ: φ = Р п / P м а к с Относительная влажность воздуха может изменяться в пределах от φ= 0 (сухой воздух) до φ = 1 (воздух, насыщенный влагой). Плотность влажного воздуха равна сумме плотностей пара и сухо­го воздуха,взятых при своем парциальном давлении и при темпе­ратуре смеси: Р = Рп + Рв Плотность влажного воздуха определяется по уравнениям р = p/RT; p = рur_п + р_вr_в Газовую постоянную влажного воздуха можно определить по урав­нению R = 8314,2 μ_см = 8314,2/ (M_в + M_пr_п) - (м – буква (вниз))

Энтальпия влажного воздуха определяется как. сумма энтальпий сух о г о в о з духа и в о д я н о го, п а р а. Эн т а л ь п и я в л а ж н о г о воздуха у д о б нее относить к 1 кг сухого воздуха или к (1+d) кгвлажного воздуха.

Энтальпия (1+d) кг влажного, воздуха равна i = i_B + di_п Энтальпия 1 кг сухого воздуха, выраженная в килоджоулях на килограмм (кдж/кг), численно равна его температуре t° С так как теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении равна ~ 1кдж/(кг*град). Энтальпия 1 кг сухого насыщенного пара при малых давлениях может быть определена по эмпирической формуле i_n = 2490 + 1,97t_н тогда энтальпия влажного воздуха будет in = t+ (2490 + I,97 tн) d

Теплоемкость влажного воз­духа. Изобарную теплоемкость влажного воз­духа с_р обычно относят к 1 кг сухого воздуха, т. е. к (1 +d) кг влажного воздуха. Она равна сумме теплоемкостей 1 кг сухого воздуха и d кг пара: Cp=Cpв+dcpп

В приближенных термодинамических расчетах процессов с влажным воздухом в небольшом диапазоне температур можно применять удельную изобарную теплоемкость сухого воз­духа Cpb= 1 кДж/(кг*К)=const, удельную изобарную теплоемкость водяного пара с_рп=2 кДж/(кг*К) =const. В этом случае, вы­ражая теплоемкость в кДж/(кг’К), получаем Cp=1+2d

2) Оптимальные метеорологические условия в объектах СК и Ж

Под метеорологическими параметрами воздуха закрытых помеще­ний будем понимать его температуру, относительную влажность и подвижность (скорость движения).

Тепловые комфортные условия

На теплоощущения человека оказывают влияние, в основном, следующие четыре фак­тора: температура и влажность воздуха, ско­рость его перемещения (подвижность) и тем­пература ограждающих поверхностей помещения.

С гигиенической точки зрения наибо­лее благоприятный уровень температуры, поддерживаемой в жилом помещении, со­ставляет 22 °С, а допустимые колебания от 21 до 23 °С. Более низкая температура воз­духа, например 18 °С, рекомендуемая в нор­мативных материалах при проектировании отопительных систем, оценивается как "прохладно" и "холодно".При этом следует отметить, что в микроклиматических условиях, которые принято считать "нормальными", обычно до 10% лю дей ощущают различную степень дискомфорта. Это объясняется разными социальными условиями жизни: привычным климатом, жилищными условиями, одеждой, питанием и пр Влажность: Влияние влажности воздуха на теплооб­мен человека зависит от основных парамет­ров микроклимата: температуры воздуха и теплового излучения.Высокая влажность в сочетании с высо­кой температурой ухудшает теплообмен че­ловека с окружающей средой, что приводит к перегреву организма. Наиболее оптимальной считается относи­тельная влажность воздуха в диапазоне от 30 до 60%. Верхняя граница влажности состав­ляет около 70%.Превышение указанных параметров влажности воздуха в условиях как высоких, так и особенно относительно низких темпе­ратур крайне нежелательно. При низком влагосодержании воздуха, характерном для хо­лодного периода, возрастает отдача тепла человеком за счет интенсивного испарения влаги с поверхности тела, высыхают поверх­ности слизистых оболочек дыхательных пу­тей. Подвижность: Температура и относительная влажность воздуха не определяют полностью теплофизическое состояние среды. Немаловажное значение играет подвижность воздуха. Отсутствие движения воздуха в помещении или чрезмерно низкие его значения ассоциируются с плохой вентиляцией. Причи­на неприятного самочувствия в плохо вен­тилируемом помещении объясняется тем, что при отсутствии движения воздуха вок­руг тела человека образуется тонкая непод­вижная воздушная оболочка, которая быст­ро насыщается парами воды, принимает его температуру и уменьшает теплоотдачу.В то же время чрезмерная подвижность воздуха, особенно в условиях охлаждения, вызывает увеличение теплопотерь конвекци­ей и испарением и способствует быстрому охлаждению организма.Значение подвижности воздуха выбира­ется в зависимости от характера деятельности человека. Подвижность воздуха зависит от спо­соба организации воздухообмена, типа воз­духораспределительного устройства, скоро­сти выпуска воздуха и его расхода.

Еще одним важным компонентом ком­фортного состояния является динамика из­менения скорости движения воздуха. Описанные ком­фортные условия среды должны поддержи­ваться в рамках так называемой "занятой зоны". Газовый состав: Воздушный комфорт человека в закрытом помещении определяется качественной характеристикой комнатного воздуха, кото­рая во многом зависит от количества посту­пающего свежего атмосферного воздуха.Жалобы на духоту и "нехватку кислоро­да" отмечаются нередко как в помещениях с недостаточным естественным воздухообменном, так и в помещениях, уже оснащенных различными системами вентиляции и кон­диционирования воздуха. В условиях комфортного кондициониро­вания, когда газовый состав изменяется глав­ным образом в результате жизнедеятельнос­ти людей, критерием санитарного состояния воздуха служит содержание в нем углекислого газа (С0₂).

Установлено, что работоспособность и основ­ные физиологические функции организма зна­чительно не изменяются, если во вдыхаемом воздухе Kco2 = 0,5-1,5%. Комфортной же зоне соответствуют: Kco2 = 0,04-0,5%. Действующими санитарными нормами регламентируется подача в помещение на одного человека 20-60 м³/ч свежего (приточ­ного) воздуха.

3) Н а з н а ч е н и е, цели и з а д а ч и с и с т е м а в т о м а т и з и р о в а н н о г о п р о е к т и р о в а н и я

Автоматизированное проектирование - CAD) представляет собой технологию, состоящую в исполь­зовании компьютерных систем для облегчения создания, изменения, анализа и оптимизации проектов. Множество средств CAD простирается от геометрических про­грамм для работы с формами до специализированных приложений для анализа и оптимизации. Между этими крайностями умещаются программы для анализа допусков, расчета масс-инерционных свойств, моделирования методом конечных элементов и визуализации результатов анализа. Самая основная функция CAD — определение геометрии конструкции (детали механизма, архи­тектурные элементы, электронные схемы, планы зданий н т. п.), поскольку гео­метрия определяет все последующие этапы жизненного цикла продукта. Для этой цели обычно используются системы разработки рабочих чертежей и геометриче­ского моделирования. Вот почему эти системы обычно и считаются системами автоматизированного проектирования. Это одно из наиболее значительных преимуществ CAD, позволяющее экономить время и сокращать количество ошибок, связан­ных с необходимостью определять геометрию конструкции с нуля каждый раз, когда она требуется в расчетах.

4) Ко н с т р у к т и в н ы й и п о в е ро чный р а с ч е т теплообменных аппаратов, цели и особенности расчета

Теплообменный аппарат (теплооб­менник) — это устройство, предназна­ченное для нагревания, охлаждения или для изменения агрегатного состояния теплоносителя.