ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ Атмосферный воздух состоящий из кислорода азота

ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ Атмосферный воздух, состоящий из кислорода, азота, углекислого газа и небольшого количества инертных газов (аргон, неон, гелий, ксенон и криптон), всегда содержит некоторое количество водяного пара. Механическая смесь сухого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом, или воздушно паровой смесью. К влажному воздуху с достаточной для технических расчетов точностью может быть отнесено все, касающееся смесей идеальных газов, так как водяной пар находится в воздухе большей частью в перегретом состоянии при незначительных парциальных давлениях и поэтому близок по свойствам к идеальным газам. Но влажный воздух нужно рассматривать особо как разновидность газовой смеси. Это объясняется тем, что при атмосферном давлении в интервале температур, ограниченном снизу температурой обычно не ниже — 50°С, сухой воздух может быть только в газообразном состоянии, тогда как вода встречается в виде пара, жидкости или твердой фазы в зависимости от температуры смеси и может выпадать из смеси. Поэтому количество водяного пара в смеси с сухим воздухом не может превышать определенной величины — в этом и состоит принципиальное отличие влажного воздуха от обычных газовых смесей.

• • • С влажным воздухом приходится иметь дело при расчетах вентиляции, процессов горения топлива, систем для кондиционирования воздуха и особенно при расчете процессов, протекающих в сушильных установках. Особенно широкое распространение процесс сушки получил в промышленности строительных материалов при формовании изделий сушка таких материалов, как глина и песок, нужна для получения компонентов с определенной начальной влажностью. Сушка керамических изделий перед обжигом в два раза и более повышает их прочность, облегчает укладку на вагонетки и транспортирование в пёчи. Сушка глины, гипсового камня, угля перед их размолом снижает расход электроэнергии на помол и предотвращает замазывание транспортирующих устройств. Сушка топлива перед сжиганием повышает теплоту его сгорания и температуру горения. При обжиге вяжущих материалов сушка является начальной стадией общего процесса, а в производстве гипсовых, минераловатных и других изделий сушка — это конечный процесс. Скорость процесса сушки, или интенсивность удаления влаги, не может быть произвольно большой, но и не должна быть слишком малой. Быстрое испарение влаги из изделий приводит к их разрушению при сушке и массовому браку; необоснованное затягивание процесса сушки вызывает снижение производительности предприятия и резкое увеличение стоимости продукции. Поэтому технологические процессы сушки должны основываться на строго научных положениях, вытекающих из теории сушки. Наибольшее распространение в практике получили сушилки, у которых в качестве тепловлагоносителя (или сушильного агента) используется нагретый воздух или смесь его с дымовыми газами, которые в условиях непосредственного соприкосновения с высушиваемым материалом поглощают удаляемую из него влагу.

Барабанная сушилка для сыпучих строительных материалов

В соответствии с законом Дальтона для газовых смесей общее давление влажного атмосферного воздуха составляет B=Рв + Рп где В — барометрическое давление; Рв, Рп— соответственно парциальные давления сухого воздуха и водяного пара. Максимальное значение при данной температуре влажного воздуха t представляет собой давление насыщенного водяного пара Рн. Если этот пар является сухим, то и влажный воздух, содержащий его, называется насыщенным влажным воздухом (в этом случае во влажном воздухе находится максимально возможное для данной температуры количество водяного пара). При охлаждении этого воздуха будет происходить конденсация водяного пара. Наибольший интерес в смысле технического использования представляет влажный воздух, в котором при данной температуре содержится водяной пар в перегретом состоянии. Такой влажный воздух называется ненасыщенным, и поскольку в нем находится не максимально возможное для данной температуры количество водяного пара, то он способен к дальнейшему увлажнению. Поэтому ненасыщенный влажный воздух используют в качестве сушильного агента в различного рода сушильных установках.

• Относительная влажность воздуха наряду с абсолютной является одной из основных характеристик влажного воздуха. Абсолютной влажностью называется количество водяных паров, находящихся в 1 м 3 влажного воздуха. Абсолютная влажность равна плотности пара при его парциальном давлении и температуре воздуха. Обозначим ее ρ н. Отношение абсолютной влажности ненасыщенного воздуха при данной температуре к абсолютной влажности насыщенного воздуха при той же температуре называется относительной влажностью и обозначается φ Парциальные давления пара в насыщенном воздухе в зависимости от температуры составляют: температура воздуха, °С — 20 0 20 40 Рн. к. Па. . . . 0. 128 0, 613 2, 333 7, 333

Гигрометр псирометрический Психрометрическая диаграмма

Гигрометр пленочный Гигрометр волосяной

• Принцип действия психрометра основан на открытии, сделанном еще в сере дине XVI 11 в. русским академиком Рихманом, и заключается в том, что если ртутный резервуар термометра обвернуть влажной тканью (мокрый термометр), то, находясь в ненасыщенном воздухе, этот термометр покажет более низкую температуру, чем обычный (сухой) термометр. Это объясняется тем, что при соприкосновении ненасыщенного воздуха с поверхностью тонкой пленки воды происходит перенос теплоты влаги к этой пленке. • Если температура ненасыщенного воздуха будет выше температуры воды, а температура воды — выше температуры точки росы, то перенос теплоты будет происходить от воздуха к поверхности воды, а перенос влаги — от поверхности воды в воздух, поскольку парциальное давление водяных паров на поверхности воды будет больше, чем в окружающем воздухе. Вследствие происходящего теплообмена температура воздуха будет понижаться до температуры насыщения, а испарившаяся влага за счет теплоты воздуха будет увлажнять этот воздух, повышая парциальное давление его водяных паров до рн. Характерно, что при этом энтальпия воздуха почти не изменяется, так как отданная воде теплота возвращается обратно в воздух в скрытом виде вместе с испаренной влагой. Такие процессы испарения условно принято называть адиабатическими.

3 Плотность влажного воздуха слагается из масс, содержащих ся в 1 м сухого воздуха и водяных паров Молекулярную массу влажного воздуха определяют на основании формулы Влагосодержание влажного воздуха представляет собой отношение массы пара к массе сухого воздуха, содержащегося в паровоздушной смеси

- Степень насыщения влажного воздуха

Максимально возможное содержание влаги в воздухе будет при φ = 1, т. е. Так как давление насыщения растет с повышением температуры, то максимальное количество влаги, которое может содержаться в воздухе, зависит от его температуры тем больше, чем она выше. Отношение называется степенью насыщения влажного воздуха. Теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении и неболь ших интервалах температур (до 100 °С) для приближенных расчетов можно считать постоянной, равной 1, 0048 к. Дж/(кг К) Для перегретого пара средняя изобарная теплоемкость при атмосферном давлении и невысоких степенях перегрева может быть принята также постоян ной и равной 1, 96 к. Дж/( г. К). к

Энтальпия влажного воздуха является одним из основных его параметров и широко используется при расчетах сушильных установок главным образом для определения теплоты, расходуемой на испарение влаги из подсушиваемых материалов. Энтальпию влажного воздуха относят к 1 кг сухого воздуха в паровоздушной смеси и определяют как сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара, т. е. Энтальпия водяного пара, содержащегося во влажном воздухе в перегретом состоянии, выражается равенством

id диаграмма для влажного воздуха и ее построение Определять параметры влажного воздуха, а также решать ряд практических вопросов, связанных с сушкой различных материалов, весьма удобно графическим путем с помощью id диаграммы, впервые предложенной Л. К. Рамзиным в 1918 г. Диаграмма строится для барометрического давления 98 к. Па. Выбранное давление соответствует примерно среднегодовому барометрическому давлению в центральных районах России. Практически диаграммой можно пользоваться во всех случаях расчета сушилок, так как при обычных колебаниях атмосферного давления значения I н d изменяются мало. На оси абсцисс диаграммы откладывают влагосодержание воздуха d, a на оси ординат —энтальпию i. В области ненасыщенного воздуха в соответствии с уравнением изотермы являются прямыми линиями, угловой коэффициент которых выражается уравнением и представляет собой для каждой изотермы постоянную величину. С ростом температуры наклон изотерм увеличивается.

Построение id диаграммы для влажного воздуха

Кривая насыщения φ = 100 % разделяет id диаграмму на верхнюю область влажного ненасыщенного воздуха и нижнюю область пересыщенного воздуха, в котором влага может находиться в капельном состоянии (область тумана). Одновременно с этим линия φ = 100 % показывает максимально возможное насыщение воздуха влагой при данной температуре. Использование приведенных выше упрощенных формул, поскольку водяной пар во влажном воздухе считался идеальным газом, дает небольшие расхождения (на 2— 3 %) с результатами, полученными с помощью id диаграммы ВТИ, построенной по точным формулам. Часто сушильным агентом является смесь продуктов сгорания топ лива (дымовые газы) и влажного воздуха. В этом случае влагосодержанием называется отношение суммы количества водяных паров, внесен ных поступающим на горение топлива воздухом, паров, образовавшихся в результате сгорания водородсодержащих компонентов топли ва, и испаренной из топлива влаги к массе сухих топочных газов. id диаграмма, строго говоря, несколько видоизменяется, главным об разом из за более высокого расположения линий t = const, обусловленного большими значениями теплоемкостей дымовых газов по сравнению с воздухом. При практических расчетах этим обстоятельством часто пренебрегают из за малой разницы (доли процента) указанных теплоемкостей. С помощью id диаграммы удобно анализировать процессы, происходящие при смешивании потоков влажного воздуха. Пусть в смесительную камеру поступают два потока влажного воздуха с массами M 1 и M 2, соответствующим влагосодержанием d 1 и d 2, температурами t 1 и t 2 и энтальпиями I 1 и I 2. Из смесительной камеры выходит поток воздуха с параметрами M 3, d 3, t 3, и I 3, которые требуется определить. Предполагается, что смешивание происходит при р = const и без теп лообмена с внешней средой. Из уравнения материального баланса имеем:

нии m 1/m 2.

При смешивании двух потоков ненасыщенного влажного воздуха (точки 1' и 2') может образоваться туман (точка 3'). id диаграмма широко применяется также для расчетов параметров кондиционирования воздуха, под которым понимают совокупность средств и способов воздействия на температуру и влажность воздуха. Например, пусть при зимнем режиме точка 1 на id диаграмме (рис. б) отражает состояние наружного воздуха с температурой t 1 и влагосодержанием d 1, точка 2 состояние приточного воздуха с параметрами t 2 и d 2, подаваемого в помещение, в котором конечные параметры воздуха должны быть t 3 и d 3 (точка 3). Приточный воздух подается в помещение из кондиционера, где воздух подогревается в калориферах на Δt= t 1 — t 2 увлажняется в оросительных камерах на Δd = d 1—d 2, с таким расчетом, чтобы конечные параметры воздуха в помещении стали t 3 и d 3. Одновременно из помещения с помощью вытяжной системы вентиляции удаляется отработавший воздух в количестве, равном массе цриточного воздуха.

ПРОЦЕССЫ ИСТЕЧЕНИЯ И ДРОССЕЛИРОВАНИЯ ПАРОВ И ГАЗОВ Определение работы, скорости и расхода газа в процессе истечения Изучение закономерностей движения газов и паров по каналам имеет чрезвычайно большое значение для рассмотрения рабочих процессов ряда машин, аппаратов и приборов. В промышленности строительных материалов теория газового потока нашла широкое применение при проектировании установок для раздува силикатных расплавов в минеральное волокно, эжекторных установок для перекачки горючих газов, а также при решении вопросов, связанных с созданием инжекционных газовых горелок, форсунок для сжигания жидкого и твердого пылевидного топлива и других агрегатов, устройство которых основано на преобразовании энергии давления в кинетическую энергию движения рабочего тела.

Имеется сосуд неограниченной вместимости, где находится рабочее тело — газ или пар с параметрами состояния р1, t 1, v 1. Рабочее тело вытекает в среду с давлением p 2 < p 1 за счет разности давлений (p 2 — р1 ) через отверстие в стенке сосуда. Удельный объем и температуру газа в среде с давлением р2, обозначим соответственно через v 2 и t 2. Чтобы придать нужное направление струе рабочего тела, вытекающей из сосуда, к отверстию с наружной поверхности стенки сосуда приставляют насадки 2, называемые соплами, имеющие цилиндрическую или чаще форму суживающегося усеченного конуса (коноидальное сопло или конфузор). Выходное сечение сопла называется устьем. Обозначим площадь поперечного сечения устья сопла и скорость струи газа или пара, выходящей из устья сопла, w 2, скорость газа, втекающего в сосуд w 1. Обычно эта скорость очень мала по сравнению с w 2, и поэтому при практических расчетах ею можно пренебречь, т. е. считают w 1 = 0, и тогда w 1 обозначают просто w.

Величина А 0 называется работой, которой мы располагаем в процессе истечения, и численно равна алгебраической сумме внешней работы газа и работы проталкивания, или приращению кинетической энергии при истечении газа. Эта работа может быть использована в машинах непосредственно или превращена в другие виды энергии. Например, в паровых турбинах пар, пропускаемый через криволинейные каналы рабочего колеса со значительной скоростью, полученной в результате расширения, снижает скорость и вследствие уменьшения внешней кинетической энергии создает вращающий момент на валу турбины, т. е. совершает работу. Работа для адиабатного процесса расширения идеального газа

Графически Ао в is диаграмме будет изображаться отрезком, который соответствует перепаду энтальпий — h 0

Дросселирование паров и газов • • Если в трубопроводе на пути движения газа или пара встреча ется местное сужение проходного сечения, то вследствие сопротивлений, возникающих при таком сужении, давление р2 за местом сужения всегда меньше давления р1 перед ним. Это явление, при котором пар или газ переходит с высокого давления на низкое без совершения внешней работы и без подвода или отвода теплоты, называется адиабатным дросселированием, или м я т и е м (также редуцированием, или торможением). Любой кран, вентиль, задвижка, клапан и прочие местные сопротивления, уменьшающие проходное сечение трубопровода, вызывают дросселирование газа или пара и, следовательно, падение давления. Иногда дросселирование специально вводится в цикл работы той или иной машины: например, путем дросселирования пара перед входом в паровые турбины регулируют их мощность. Дросселирование газов и паров используют для понижения их давления в специальных редукционных клапанах, широко применяемых в системах тепло и парогазоснабжения различных предприятий, а также и в холодильной технике для получения низких температур и сжижения газов путем их многократного дросселирования. При дросселировании потеря давления (р1 — р2) тем больше, чем меньше относительная площадь сужения. где i 1, i 2 — энтальпия газа в сечениях I—I и II—II

Блок дросселирования для понижения давления газа.

Число включений-отключений насосных агрегатов на объектах ЖКХ при может достигать 40 -50 в сутки. Для агрегатов большой мощности такое количество включений недопустимо, поэтому в насосных установках мощностью выше 150 к. Вт вместо этого применяется дросселирование потока воды задвижкой (устройством, которое за счет своего механического перемещения изменяет поперечное сечение трубопровода). При закрытии задвижки эффективное поперечное сечение трубопровода уменьшается. Вследствие этого подача воды уменьшается, а напор, развиваемый насосом, возрастает. Регулирование режима работы насоса дросселированием (вертикальная ось графика: напор насоса — Н, горизонтальная ось: подача насоса — Q; синяя пиния— характеристика насоса, зеленые —характеристики трубопровода для разных положений задвижки)

В результате мятия энтальпия газа до суженного сечения и после него имеет примерно одно и то же значение. При проходе через сужение скорость потока в этом месте возрастает, а давление падает до р' в самом узком месте потока, находящемся на небольшом расстоянии за сужением канала. Процесс дросселирования, будучи по существу адиабатным, является типичным необратимым процессом. В Тs диаграмме явление мятия идеального газа может быть пред ставлено точками 1 и 2, которые лежат на одной горизонтали, так как Т 1 = Т 2. Считать, что отрезок изотермы 1— 2 соответствует процессу дросселирования газа, нельзя, ибо только крайние точки 1 и 2 характеризуют состояние газа как равновесное, а все промежуточные точки не соответствуют действительному процессу, совершающемуся с газом. Поэтому линия 1— 2 проведена пунктиром.

Для водяного пара процесс дросселирования удобно исследовать в is-диаграмме. Перегретый пар в зависимости от начальных параметров в результате дросселирования может остаться перегретым (процесс 1 -2) или сделаться сухим, потом влажным, снова сухим и перегретым (процесс 3 -4). Это определяется степенью дросселирования. Влажный пар в зависимости от начального и конечного давления и начальной степени сухости может в результате остаться влажным или сделаться сухим и даже перегретым (процесс 5— 6).

Изменение температуры жидкостей и реальных газов при адиабатном дросселировании впервые было установлено опытами ученых Джоуля и Томсона в 1852 г. и называется эффектом Джоуля —Томсона. При этом различают интегральный температурный эффект при дросселировании, когда давление газа изменяется значительно, и дифференциальный эффект, когда уменьшение давления, а следовательно, и изменение температуры бесконечно малы. Дифференциальный температурный эффект α определяется отношением изменения температуры dt к изменению давления dp при i = const, т. е. Для идеального газа α = 0. Интегральный температурный эффект ΔТ при дросселировании для реальных газов ΔТ и может иметь как положительный, так и отрицательный знак. Состояние газа, при котором температурный эффект дросселирования меняет свой знак, называется точкой инверсии газа, а температура, соответствующая этой точке, называется температурой инверсии Тинв.