Влажный воздух

Лекция №2

В сушильной технике в качестве рабочего тела широко используют влажный воздух, представляющий собой смесь сухого (т.е. не содержащего влаги) воздуха и водяного пара.

Поскольку обычно процессы во влажном воздухе происходят при давлениях близких к атмосферному, свойства влажного воздуха с достаточной точностью могут описываться уравнениями идеальных газов.

По закону Дальтона общее давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара, входящих в его состав:

где - парциальное давление сухого воздуха; - парциальное давление водяного пара.

Максимальное парциальное давление водяного пара при заданной температуре называется давлением насыщения и обозначается . Величина давления насыщения водяного пара во влажном воздухе определяется только температурой смеси и не зависит от давления смеси.

Влажный воздух, в котором парциальное давление пара меньше , называется ненасыщенным. При этом водяной пар, содержащийся в нем, находится в перегретом состоянии.

Если ненасыщенный влажный воздух охлаждать при постоянном давлении, то можно достигнуть состояния, при котором станет равным . Влажный воздух в таком состоянии называется насыщенным, т.е. смесь сухого воздуха и насыщенного пара.

Абсолютной влажностью называется масса водяного пара, содержащегося в 1м³ влажного воздуха.

Относительная влажность равна отношению плотности водяного пара во влажном воздухе к максимально возможной плотности водяного пара при данных давлении и температуре смеси:

Величина выражается в процентах или относительных единицах.

Для сухого воздуха , для насыщенного воздуха .

Плотность влажного воздуха равна:

,

Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал насыщенным, называется температурой точки росы. При дальнейшем охлаждении влажного воздуха (ниже температуры точки росы) происходит конденсация водяного пара.

Влагосодержанием называют количество водяного пара (в граммах), содержащегося в 1кг сухого воздуха:

где - давление насыщенного водяного пара.

Для расчетов, связанных с влажным воздухом, применяется диаграмма влажного воздуха, предложенная Рамзиным.

По оси ординат диаграммы откладывают энтальпию влажного воздуха, приходящуюся на 1кг содержащегося в нем сухого воздуха, а по оси абсцисс- влагосодержание в граммах на 1кг сухого воздуха. Для лучшего использования площади диаграммы оси координат располагают под углом 135°.

На диаграмме наносятся линии постоянных относительных влажностей, температур и энтальпий влажного воздуха, а также граничная кривая и кривая зависимости парциального давления водяного пара от влагосодержания.

Диаграмма строится для давления влажного воздуха, равного 745мм. рт. ст., что примерно соответствует среднему барометрическому давлению в Украине.

С достаточной для практических целей точностью этой диаграммой можно пользоваться во всех случаях, когда процессы с влажным воздухом происходят при атмосферном давлении.

Процесс нагревания влажного воздуха изображается на диаграмме вертикальной прямой, так как в этом случае влагосодержание воздуха не меняется, т. е. . На рисунке этот процесс изображен отрезком АВ.

Процесс охлаждения влажного воздуха без добавления водяного пара также протекает при (отрезок B₁C₁). Однако это будет справедливо только до тех пор, пока относительная влажность будет меньше 100%. При достижении линии (точка С₁) водяной пар во влажном воздухе станет насыщенным, а при дальнейшем охлаждении начнется его конденсация; при этом влагосодержание влажного воздуха будет уменьшаться. Процесс конденсации можно условно считать проходящим *по линии (например, от точки С₁ до точки С₂).

Процесс испарения воды в условиях постоянного давления влажного воздуха, если принять энтальпию воды в жидкой фазе равной нулю, будет происходить три постоянной энтальпии влажного воздуха и изобразится на диаграмме отрезком В₁С₃.

Водяной пар.

Водяной пар является реальным газом. Широко используется в теплоэнергетике.

Для графического представления процесса парообразования используют , и диаграммы.

Изобразим процесс парообразования 1кг воды, находящейся в емкости в координатах.

Начальное состояние воды, находящейся под давлением р и имеющей температуру 0°С, изобразится на диаграмме точкой а_о. При подводе теплоты к воде ее температура постепенно повышается до тех пор, пока не достигнет температуры кипения, соответствующей данному давлению. При этом удельный объем жидкости возрастает.

Состояние жидкости, доведенной до температуры кипения, изображается на диаграмме точкой а^/.

При дальнейшем подводе теплоты начинается кипение воды с сильным увеличением объема. В емкости теперь находится смесь воды и пара, называемая влажным насыщенным паром.

По мере подвода теплоты количество жидкой фазы уменьшается, а паровой фазы- растет. Температура смеси при этом остается неизменной и равной температуре кипения, так как вся теплота расходуется на испарение жидкой фазы.

Наконец, последняя капля воды превращается в пар, и цилиндр оказывается заполненным только паром, который называется сухим насыщенным. Состояние его изображается точкой а^//.

Насыщенный пар, в котором отсутствуют взвешенные частицы воды, называется сухим насыщенным паром. Его удельный объем и температура являются функциями давления. Поэтому состояние сухого пара можно задать любым из параметров- давлением, удельным объемом или температурой.

Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном паре называется степенью сухости пара и обозначается буквой х.

Для кипящей жидкости , а для сухого насыщенного пара . Состояние влажного пара характеризуется двумя параметрами: давлением (или температурой насыщения,определяющей это давление) и степенью сухости пара.

При дальнейшем подогреве сухого насыщенного пара при том же давлении его температура будет увеличиваться. Пар будет перегреваться. Точка а изображает состояние перегретого пара и в зависимости от температуры пара может лежать на разных расстояниях от точки а". Таким образом, перегретым называется пар, температура которого превышает температуру насыщенного пара того же давления.

В критической точке различия между жидкостью и паром исчезают. Критическая температура- это максимально возможная температура сосуществования двух фаз: жидкости и насыщенного пара.

Термодинамические параметры кипящей воды и сухого насыщенного пара берутся из таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара.

Для исследования различных процессов с использованием водяного пара кроме таблиц используется - диаграмма. Она строится путем переноса числовых данных таблиц водяного пара в -координаты.

Для исследования различных процессов с использованием водяного пара кроме диаграммы используется также - диаграмма. Она строится путем переноса числовых данных таблиц водяного пара в -координаты.

Изобары () в двухфазной области влажного пара представляют собой пучок расходящихся прямых.

В области влажного насыщенного пара изобара совпадает с изотермой.

В -диаграмме водяного пара нанесены также линии , идущие круче изобар.

Для любой точки на этой диаграмме можно найти для пара.

Лекция №3.

Теплообмен. Способы передачи теплоты.

Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве возникает под действием разности температур от тела, обладающего большей температурой к телу, обладающего меньшей температурой.

Закономерности переноса теплоты являются предметом исследования теории теплообмена.

Перенос теплоты осуществляется тремя основными способами:

1) Теплопроводностью.

2) Конвекцией.

3) Излучением.

Теплопроводность представляет собой молекулярный перенос теплоты в телах. Теплопроводность в чистом виде имеет место лишь в твердых телах.

Конвекция возможна только в текучей среде. Под конвекцией понимают процесс переноса теплоты при перемещении объемов жидкости или газа из области с одной температурой в область с другой температурой. При этом процесс переноса теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.

Одновременно с конвекцией всегда сосуществует и теплопроводность, однако конвективный перенос в жидкостях обычно является определяющим, поскольку он значительно интенсивнее теплопроводности.

Излучение - это процесс распространения теплоты с помощью электромагнитных волн. Излучением теплота передается через все лучепрозрачные среды, в том числе и через вакуум, например в космосе, где это единственно возможный способ получения теплоты от Солнца Носителями энергии при теплообмене излучением являются фотоны, излучаемые и поглощаемые телами, участвующими в теплообмене.

Дата добавления: 2014-10-31