Теплотехніка. Лекція Вологе повітря

Лекція

ТЕМА ЛЕКЦІЇ : Вологе повітря

МЕТА ЛЕКЦІЇ : Вивчити основні показники вологого повітря

ПЛАН ЛЕКЦІЇ :

1. Параметри вологого повітря

2. Температура мокрого термометра

3. і-d діаграма вологого повітря

4 Визначення вологості повітря за температурою мокрого і сухого термометрів.

     1.В атмосферному повітрі завжди є певна кількість вологи у вигляді водяної пари. Суміш сухого повітря з водяною парою називається вологим  повітрям.

     Водяна пара у вологому повітрі може бути в насиченому або перегрітому стані. Суміш сухого повітря і насиченої водяної пари називають насиченим вологим повітрям. Суміш сухого повітря і перегрітої водяної пари називають ненасиченим вологим повітрям.

     Температура, до якої необхідно охолодити ненасичене вологе повітря, щоб перегріта пара стала насиченою, називається температурою точки роси. При подальшому охолодженні вологого повітря (нижче температури точки роси) відбувається конденсація водяної пари.

     В атмосферному повітрі, як правило, пара знаходиться під невеликим парціальним тиском і в перегрітому стані. Тому вологе повітря можна розглядати як суміш ідеальних газів, за винятком того, що при певних умовах буде проходити конденсація водяної пари.

     Згідно закону Дальтона, тиск вологого повітря, рівний барометричному P_бар , являє собою суму парціальних тисків сухого повітря P_пов і водяної пари P_п , тобто:

                 P_бар  =  Р_пов + Р_п

     Для характеристики пароповітряної суміші необхідно знати її склад. Про склад вологого повітря судять по його вологості і вологовмісту.

     Розрізняють абсолютну і відносну вологість.

      Абсолютною вологістю повітря називається кількість водяної пари, яка знаходиться в 1 м³ вологого повітря, тобто:

                 m_n /u_в.п. = m_n / u_n = ρ_n

     Оскільки об’єм вологого повітря u_в.п. рівний об’єму пари u_п , то абсолютна вологість повітря рівна густині водяної пари r_п , яка знаходиться у вологому повітрі.

     Відношення абсолютної вологості r_п до максимально можливої абсолютної вологості r_max , при даному тиску і температурі повітря називається відносною вологістю.

           j = r_п  / r_max ˑ 100%

   Значення j можуть змінюватися в межах від j = 0 (сухе повітря) до j =100% (вологе насичене повітря).

     Враховуючи, що пара, яка знаходиться в повітрі, розглядається як ідеальний газ, відношення густин по ізотермі  можна замінити відношенням тисків

       j = r_п  / r_max  = Р_п / Р_пов

     Парціальний тиск в стані насичення P_н визначають із таблиць насиченої пари за температурою насиченого повітря t_п = t_н.пов . Парціальний тиск P_п знаходять також із таблиць за температурою точки роси.

    Оскільки в процесах, які проходять з вологим повітрям (підігрів, охолодження), кількість сухого повітря m_с.пов. не змінюється, то слід всі питомі величини відносити до 1 кг сухого повітря.

      Маса водяної пари в 1 кг сухого повітря називається вологовмістом

    d = m_п / m_с.пов

     При прийнятому допущенні про ідеальність водяної пари і повітря можна записати:

Р_п ˑ u_п  = m_п ˑ R_п ˑ Р_п

Р_пов ˑ u_пов  = m_пов ˑ R_пов ˑ Р_пов

Вважаючи, що       u_п  = u_пов   ;   Т_п = Р_пов одержимо:

d = m_п / m_пов = R_пов ˑ Р_п / R_п ˑ Р_пов = 287/462 ˑ Р_п / Р_пов = 0,622 ˑ Р_п / Р_пов

Враховуючи, що барометричний тиск

Р_бар  = Р_пов + Р_п  і Р_п = j ˑ Р_пов

То

     d = 0,622 (j ˑ Р_пов / Р_бар - j ˑ Р_пов)    кг пари/ кг сух.пов.

     Густину вологого повітря r_в.пов можна визначити як суму густини пари r_п і густини сухого повітря r_пов  при їх парціальних тисках.

Очевидно, що

      r_в.пов  = r_пов + r_п = r_пов ( 1 + d) = r_п [(1 + d) / d]

     Ентальпію вологого повітря відносять до 1 кг сухого повітря або до (1 + d) кг вологого повітря і визначають як суму ентальпій 1 кг сухого повітря і d кг водяної пари, тобто:

        і = і_пов + і_п ˑ d = с_р.пов ˑ t + і_п ˑ d

     2. Коли температура води не рівна температурі повітря, в залежності від вологовмісту повітря, можна спостерігати випаровування води з її поверхні, або конденсацію водяної пари з повітря на поверхню води.

     Біля поверхні води повітря завжди насичене, тому його вологовміст визначається парціальним тиском насиченої водяної пари, взятої при температурі води.

     При різниці температур між повітрям і водою (t_пов >t_води ) виникає тепловий потік від повітря до води, температура останньої підвищується, що призводить до збільшення вологовмісту шару повітря, яке прилягає до поверхні води, за рахунок випаровування вологи. Одночасно збільшується різниця вологовмісту між шаром повітря, яке прилягає до поверхні води і основною масою повітря, яке знаходиться на деякій віддалі від води, що призводить до збільшення інтенсивності випаровування.

     Коли теплота, яку одержує вода від повітря, стане рівною теплоті, яка витрачається на випаровування, підвищення температури води не відбувається. Таку незмінну температуру води називають температурою мокрого термометра.

     3. Визначення параметрів і дослідження процесів вологого повітря значно спрощується і стає наглядним, якщо використати і – d діаграму волого повітря, запропоновану в 1918 р. професором Л.К.Рамзіним.

     На цій діаграмі по осі ординат відкладають значення ентальпії вологого повітря і кДж кг сухого повітря, а по осі абсцис – вологовміст d_г/кг сух.пов.

     На діаграмі вісь абсцис направлена під кутом 135⁰ до осі ординат. Тому лінія і = const нахилена під кутом 45⁰ до горизонту.

     На діаграму наносять сітку ізотерм. Ці ізотерми являють собою прямі з невеликим нахилом вверх. На кожній з них знаходять точки з однаковими значеннями j , а з’єднавши їх, одержують сітку кривих j = const. Крива j = 100% зображає стан вологого насиченого повітря і є граничною кривою. Ця крива розподіляє область ненасиченого вологого повітря (зверху) і область туману (знизу), в якій волога частково знаходиться в крапельному стані. Лінія j = const піднімається до ізотерми 99,4  ⁰С (температура насичення при р = 745 55 мм.рт.ст.), після того майже вертикально піднімається вверх, так як при м t> t_м величина j залежить тільки від d.

     На діаграмі нанесені також лінії (показані пунктирами) постійної температури мокрого термометра, яка відповідає температурі води, якщо її поверхня обдувається потоком ненасиченого вологого повітря. Якщо поверхня води обдувається потоком насиченого повітря ( j = 100%) то температура води буде співпадати з температурою повітря. Тому на і - d діаграмі ізотерми вологого повітря (сухого термометра) і мокрого термометра, які відповідають одному і тому ж значенню температур, перетинаються на лінії j = 100%.

    В нижній частині діаграми побудована по рівнянню лінія парціального тиску P_п = f ( d )

     Стан вологого повітря на і – d діаграмі (точка А) можна визначити за будь-якими двома параметрами ( j і t або P_п і t ), після цього можна визначати і і d. Для визначення температури точки роси із відповідної точки проводять вертикаль (d = const) до перетину з j = 100%. Ізотерма, що проходить через цю точку, буде відповідати температурі точки роси  t_р . На h – d діаграмі показані основні процеси вологого повітря.

     4. Прилад для вимірювання відносної вологості повітря називається психрометром.

      Психрометр складається із двох однакових термометрів. Один з них сухий термометр, а другий термометр обгорнутий мокрою стрічкою.  Мокрий термометр показує нижчу температуру, ніж сухий термометр. На і–d – діаграмі на перетині температур сухого  t_с і мокрого  t_м термометрів одержимо точку 1, по якій можна визначити відносну вологість j і вологовміст d . Відносну вологість можна визначити якщо використовувати психрометричні таблиці.