Text_lektsiy_z_TTD_chastina_1__3-y_sem_ukr_2015

6.4 ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОГАЗОВЫХ СУМІШЕЙ (ПГС).

До сумішей ідеальних газів відносяться і парогазові суміші (ПГС). Паро-

газова суміш (ПГС) - це суміш ідеальних газів, в яких один з компонентів в да-

ній температурної області може конденсуватися (перетворюватися на рідину,

тобто конденсат), він іменується - пара. Компоненти, що не конденсуються, на-

зиваються газами.

Приклади:

1.Продукти згорання органічного палива

Продукти згорання = Сухі продукти згорання + водяна пара

2.Вологе повітря = сухе повітря + водяна пара

Сфера застосування: сушильні установки, вентиляція, кондиціювання

Парогазові суміші підкоряються всім законам газових сумішей.

1) ( ti = tсм = t )-кожен компонент суміші має температуру, рівну темпера-

турі суміші.

Наприклад, для вологого повітря: p = pв.п. = pс.п. + pп

3) Кожен компонент суміші займає весь об'єм суміші. При цьому кожен компонент знаходиться під своїм парціальним тиском, а температура кожного компонента дорівнює температурі суміші

Vi (pi ,T ) = Vсм (pi ,T ) = V

Наприклад, вологе повітря:

Vс.п ( pс .п ,T ) = Vп ( pп ,T ) = Vвв ( pвв ,T ) = V

4) Кожен компонент підкоряється рівнянню стану ідеального газу.

pi vi = Ri .T

Для вологого повітря:

Розділ 6 Газові та парогазові суміші Лекція № 25-26 153

а) сухе повітря - pс.пvс.п = Rс.пT або pс.п. = ρс .п. Rс .п.T (пам'ятаємо, що v = 1 ρ

ρ = 1v ).

6.5. РОЗРАХУНКОВІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ (ПАРОГАЗОВОЇ СУМІШІ)

абсолютна вологість вологого повітря чисельно дорівнює густині водяної пари , узятій при його парціальному тиску і температурі суміші T ( ρп (pп ,T )).

Визначення ρп (pп ,T )

а) З рівняння стану ІГ (для ідеальних газів):

Зазвичай pсм ≈ 0 ,1 МПа = 100кПа , тоді виходячи із закону Дальтона, ми можемо стверджувати, що pп < 100кПа. При тих температурах, з якими ми матимемо

справу на практиці, водяна пара у вологому повітрі близька по властивостях до

ІГ.

Для зручності міркувань покажемо стан водяної пари у вологому повітрі при його pп ,T за допомогою p − v діаграми.

Рис. Стан водяної пари у вологому повітрі в p − v діаграмі для H 2O

Розділ 6 Газові та парогазові суміші Лекція № 25-26 154

Нанесемо можливі принципові ізотерми вологого повітря:

ts ( p ) - температура насичення суміші при pсм = p . Якщо

p = pатм ≈ 100кПа , то ts ( p ) ≈ 100 0С

Точки a ,b ,c - можливі стани водяної пари у вологому повітрі при pп ,T (пара перегріта).

Густина пари в цих точках по відношенню до вологого повітря - це абсолютна вологість вологого повітря.

6.5.2. МАКСИМАЛЬНА АБСОЛЮТНА ВОЛОГІСТЬ ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ

Максимальна абсолютна вологість вологого повітря при даних pсм , t - це мак-

симальна маса водяної пари, яка може знаходитися у вологого повітря при да-

Вологе повітря, в якому пара в суміші характеризується точками e та f практично складається з водяної пари, оскільки pс.п → 0 (лише при t ≥ t s ( p )).

Точки d ,e , f характеризують стан водяної пари, яка міститься у вологому повітрі в максимальній кількості в газоподібному стані.

Визначення:

Вологе повітря, в якому водяна пара знаходиться в станах типа d ,e , f ( маса водяної пари в 1 м3 вологого повітря максимальна, тобто ρ = ρmax при pсм ,T )

називається вологим насиченим повітрям.

Якщо водяна пара у вологому повітрі знаходиться в станах a ,b ,c (маса водяної пари при pсм ,T не максимальна), то таке вологе повітря називається вологим

ненасиченим повітрям.

6.5.3 ВІДНОСНА ВОЛОГІСТЬ

Відносна вологість - це відношення дійсної абсолютної вологості до максимально можливої при заданих pсм ,T

Якщо пара у вологому повітрі характеризується точками типу a ,b ,c , то вологе повітря - ненасичене і ϕ < 1 або ϕ < 100%

Якщо пара в суміші характеризується точками типа d ,e , f , то вологе повітря -

насичене і ϕ = 1 або ϕ = 100%

ϕвизначається за допомогою психрометра.

Психрометр - прилад для визначення відносної вологості повітря (по різниці температур між сухим і мокрим термометром). Явище, на якому заснована дія приладу, відкрито сподвижником М.В. Ломоносова академіком Ріхманом.

6.5.4. ТЕМПЕРАТУРА ТОЧКИ РОСИ

Температура точки роси - це температура насичення водяної пари, що відповідна заданому парціальному тиску pп ( t р = tн( pп ) ) . З p − v діаграми видно, що

t р це найменша температура вологого повітря (або продуктів згорання) при за-

даному pп ( pп = rп pсм , тобто при незмінному складі суміші), при якій пара ще знаходиться в газоподібному стані ( тобто температура, до якої необхідно охо-

лоджувати ненасичене вологе повітря, аби перегріта пара, що міститься в нім, стала сухою насиченою).

У точці роси ϕ = 1 ( або ϕ = 100% ), оскільки pп,max та pп однакові. З підвищенням температури t > t р при даному pп , відносна вологість зменшується (ϕ ↓ ) і при t ≥ t s ( pcм ) залишається постійною (ϕ = const ),оскільки pп,max = pсм = p

при даному pп (легко орієнтуватися по формулі ϕ = pп pп,max ).

Температура точки роси t р визначається за допомогою гігрометра (пристрою, що

має дзеркальну поверхню. Цю поверхню охолоджують під час випаровування леткої рідини типу ефіру і це зумовлює конденсацію пари в шарах повітря, що прилягають до дзеркальної поверхні. За виміря- ним термометром значенням точки роси знаходять густину пари, що відповідає абсолютній вологос- ті).

Знаючи t р , легко визначається парціальний тиск пари pп :

t р → Табл. №1: → pп

6.5.5 ВОЛОГОВМІСТ d

Оскільки в процесах з вологим повітрям (нагрів, охолодження) кількість сухого повітря не змінюється, то доцільно (зручно в розрахунках) деякі параметри вологого повітря відно-

сити до 1 кг сухого повітря.

Розділ 6 Газові та парогазові суміші Лекція № 25-26 156

Вологовміст вологого повітря - маса водяної пари, що доводиться на 1 кг сухого повітря

Формулі (*) можна надати іншому вигляду, якщо врахувати, що

6.5.6 ЕНТАЛЬПІЯ ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ

Визначимо повну ентальпію парогазової суміші (вологого повітря)

H = Hсм = Hс.п + Hп = hс.п.mс.п. + hпmп

У розрахунках з вологим повітрям повну ентальпію зручно відносити до

У цій області для pА < pп < pбар при відносно невисоких температурах ізо-

терми водяної пари в h − s діаграмі практично горизонтальні лінії.

Це означає, що hп = h( t ) . Отже тут властивості водяної пари наближаються

до властивостей ІГА. Ентальпію водяної пари в цьому випадку можна визначити

по формулі

hп ( pп ,t ) = hп ( pА ,t ) = h/ + ( h// − h/ ) + ( hп ( pА ,t ) − h// ) , або остаточно

Розділ 6 Газові та парогазові суміші Лекція № 25-26 158

hп ( pп ,t ) = hп = r + c pпари t

де r − теплота пароутворення

Тоді формула (1) матиме вигляд

h = c pc .в. t + ( r + c pп t )d

Остаточно, з урахуванням того, що

Рівняння (*) - розрахункова формула для інженерних розрахунків.

6.5.7 h − d ДІАГРАМА ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ.

Для практичних розрахунків і наочного представлення процесів з вологим повітрям використовується h − d діаграма. Вона будується для конкретного тиску вологого повітря (зазвичай атмосферного pсм = pбар ≈ 0 ,1 МПа = 100кПа)

Вперше hd- діаграма для вологого повітря була запропонована проф. Л.К.

Рамзіним в 1918 році. Нині вона застосовується в розрахунках систем кондиціювання, сушки, вентиляції і опалення.

У основі побудови діаграми лежать рівняння:

В h − d діаграмі ізотерми - прямі лінії. Чим більше t , тим крутіше пряма. Чим нижче температура, тим ближче до паралельності ізотерм між собою. Лінії температур, зображені на діаграмі, відповідають значенням по сухому термометру

2) Прямокутна система координат не зовсім зручна для побудови h − d діаграми, тому користуються косокутною системою координат (для збільшення діа-

Розділ 6 Газові та парогазові суміші Лекція № 25-26 159

грами в області ненасиченого вологого повітря), осі якої розташовані під кутом

135о.

3) У косокутній системі координат ізотерми теж прямі лінії.

4) В h − d діаграмі представлена залежність d = f ( pп ) при даному p = pсм = pбар ≈ 0 ,1 МПа = 100кПа (лінійна залежність).

На hd - діаграмі (рис. на стор. 165) по осі абсцис відкладається вологовміст d, г/кг сухого повітря, а по осі ординат - питома ентальпія вологого повітря h, кДж/кг сухого повітря. Як вже відзначалося вище, для зручнішого розташування окремих ліній, що наносяться на hd - діаграму, вона будується в косокутних координатах, в яких вісь абсцис проводиться під кутом 135° до осі ординат. При такому розташуванні осей координат лінії h=const, які мають бути паралельні осі абсцис, йдуть похило. Для зручності розрахунків значення d зносять на горизонтальну вісь координат.

Лінії d=const йдуть у вигляді прямих, що паралельні осі ординат, тобто вертикально. Крім того, на hd - діаграмі наносять ізотерми tм=const (штрихові лінії на діаграмі) і лінії постійних значень відносної вологості (починаючи від. φ =5%

до φ =100% ). tм - температура мокрого термометра (пояснення дивись ниж-

че).

Крива постійної відносної вологості φ =100% ділить усю діаграму на дві частини. Та її частина, яка розташована вище за цю лінію - область ненасиченого вологого повітря, в якому пара знаходяться в перегрітому стані. Частина діаграми нижча за лінію φ =100% - область насиченого вологого повітря. Отже, в повітрі знаходитиметься волога насичена пара. Це означає, що волога в повітрі складатиметься з суміші сухої пари і крапельок води.

Щоб знайти на діаграмі точку, що відповідає стану цього вологого повітря, достатньо знати два його параметри з числа зображених на діаграмі: вологовміст d; відносну вологість - φ, ентальпію повітря - h; парціальний тиск пари – Рп, Те-

мпературу вологого повітря, температуру точки роси – tр.

Наприклад, для точки О (ϕ = 20% (коричнева лінія), t ≈ 55 0C (синя лінія) ):

pП ≈ 24 ,5 мм. рт.ст., d = 20 гкгс.в., t р ≈ 25 0C (зелена лінія), h ≈ 108 кДжкгс.в.

Процес нагрівання повітря (у підігрівачі) на h − d діаграмі зображається вертикальною лінієюd = const , оскільки кількість водяної пари в повітря при підігріванні його не змінюється (лінія АВ на діаграмі). Стан повітря після підігрівання (т. В) можна визначити по температурі повітря за підігрівачем.

Розділ 6 Газові та парогазові суміші Лекція № 25-26 160

Процес охолодження повітря на h − d діаграмі відбувається також без зміни його вологовмісту, якщо при охолодженні повітря не стає насиченим (наприклад процес C - D). Якщо охолодження повітря відбувається до стану повного насичення с ϕ = 100% (процес С-Е), то перетин лінії с ϕ = 100% визначає точку роси (на рис. на стор. 165 – т. Е). У цьому стані водяна пара у вологому повітрі стане насиченою. Подальше охолодження повітря нижче за точку роси по лінії ϕ = 100% вліво (процес Е-F) призводить до конденсації частини водяної пари, тобто осушенню вологого повітря. Кількість сконденсованої вологи буде визначатися різницею вологовмісту в точках Е та F.

Процес адіабатного зволоження повітря при випарі в нього вологи, що має температуру0 0C , відбувається за рахунок теплоти вологого повітря (без зовнішнього теплообміну). У цьому процесі вологовміст повітря збільшується, а температура його знижується. Ентальпія при цьому залишається незмінною, оскільки частина її, витрачена на випар вологи, повертається назад у вологе повітря з вологою, що випарувалася. На h − d діаграмі цей процес відбувається по лінії h = const (процес С-К). При цьому межею охолодження повітря буде температура, що відповідна його повному насиченню парами води (ϕ = 100% ), - то-

чка К. Температура при якій повітря охолоджується при постійній ентальпії і стає насиченим, називається температурою адіабатного насичення, або темпе- ратурою мокрого термометра tM . Якщо випаровування відбувається з повер-

хні води, що має, t > 0 0C то цей процес відбувається не по, h = const а по лініях, tM = const які є геометричним місцем точок з однаковою температурою мокрого термометра. Ці лінії (штрихові лінії на діаграмі) проходять більш похило, ніж лінії h = const