Файл: Романенко П.Н. Пожарная профилактика систем отопления и вентиляции учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 224
Скачиваний: 0
Состояние газа в смеси характеризуется |
д в у м я |
п а р а м е т р а м и из |
||||||||||||||||||||||||
трех: давлением |
р |
(н/м2), |
|
удельным |
объемом |
ѵ |
(мг/кг) |
|
или |
обрат |
||||||||||||||||
ной |
величиной |
— |
плотностью |
р |
(кг/м3) |
|
и |
температурой |
Т |
( ° К ) . |
||||||||||||||||
Следовательно, |
независимыми |
п а р а м е т р а м и |
состояния |
могут |
быть |
|||||||||||||||||||||
р и V, р и Т или V и Т. Эти п а р а м е т р ы |
|
связаны |
уравнением |
|
Кла |
|||||||||||||||||||||
пейрона, которое для 1 кг воздуха имеет вид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pv = RT, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(10.1) |
|||||
где |
Т—абсолютная |
|
|
температура |
газа |
|
(Т = 2 7 3 - И |
° С ) ; |
|
|
|
|||||||||||||||
|
R — газовая |
постоянная, |
з а в и с я щ а я |
от природы |
газа. Д л я су |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
хого |
воздуха |
/?=287 |
дж/кг |
град, |
|
дл я |
водяного |
|
пара |
||||||||||||||
|
|
|
R = 462 |
дж/кг |
град. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Газовые |
смеси |
в такой |
ж е мере, |
ка к и простые |
газы, |
подчиня |
||||||||||||||||||||
ются |
уравнению состояния, |
которое дл я G |
(кг) |
смеси |
имеет вид: |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pV |
= GRcuT, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(10.2) |
|||||
где |
р — давление |
смеси, |
равное |
сумме |
|
парциальных |
давлений |
|||||||||||||||||||
|
|
|
газов, |
образующих |
смесь; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
V — объем G кг смеси, мъ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
RChl—газовая |
|
|
постоянная |
смеси, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K C» = S Ä K / . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( Ю . З ) |
|||||||
где gi = G i/G |
— массовая |
д о л я |
/-того |
|
газа |
в |
смеси; |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
Gi—масса |
/-того |
газа |
в |
смеси, |
кг; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
G — масса |
смеси, |
кг; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
г, |
|
8314 |
|
газовая |
|
|
|
|
. |
г-того |
|
газа |
в |
|
. |
|
|
(здесь |
|||||||
к , = |
|
|
|
постоянная |
|
смеси |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
8314 дж/моль |
град |
— универсальная |
газовая по |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
стоянная) ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Pi—молекулярная |
|
масса |
/-того |
газа. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Р а с с м а т р и в а я |
в л а ж н ы й |
|
воздух |
как |
двухкомпонентную |
|
смесь |
|||||||||||||||||||
(сухого |
|
воздуха |
и |
|
паров |
в о д ы ) , |
можно |
|
написать |
уравнение для |
||||||||||||||||
газовой |
|
постоянной |
воздуха: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
R |
=g»Rs |
+ gnRn= |
^ R s + ^-Rn- |
|
|
|
|
|
(10.4) |
|||||||||||||
Д а в л е н и е паровоздушной |
смеси |
в ы р а ж а е т с я |
через |
сумму |
пар |
|||||||||||||||||||||
циальных давлений, составляющих воздух газов |
рв |
и |
водяного |
|||||||||||||||||||||||
пара |
рп: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р=рв+рп. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(10.5) |
||||
Поскольку |
в л а ж н ы й |
воздух |
состоит |
|
из 'Сухого |
воздуха |
и |
|
водя |
|||||||||||||||||
ного |
пара, |
то д л я определения |
его термодинамического |
состояния |
||||||||||||||||||||||
необходимо |
знать, |
|
кроме |
параметров |
р, |
ѵ и Т, |
характеризующих |
|||||||||||||||||||
смесь, еще и параметр, |
характеризующий |
водяной |
пар . Т а к и м па |
|||||||||||||||||||||||
раметром может быть влагосодержание, или относительная |
|
в л а ж |
||||||||||||||||||||||||
ность |
воздуха. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
220
§10.2. Относительная влажность воздуха
По д относительной влажностью воздуха понимают отношение
массового количества водяного |
пара, с о д е р ж а щ е г о с я |
в |
1 м3 возду |
|
ха при данных температуре и |
давлении, |
к тому количеству водя |
||
ного пара, которое н а с ы щ а л о |
бы этот объем воздуха |
при тех ж е |
||
температуре и давлении . Относительная |
влажность |
изменяется от |
||
0 (сухой воздух) до 100% (насыщенный |
воздух) . |
|
|
Понижение температуры влажного воздуха приводит к пони жению его влагопоглощающей способности, у м е н ь ш а я тем самым количество пара, н а с ы щ а ю щ е г о данный объем. Если воздух имеет относительную влажность ср<100%, то при постоянном давлении снижением температуры можно достигнуть состояния, при котором парциальное давление водяного пара будет соответствовать парци альному давлению водяного пара полного насыщения, и тогда от носительная влажность воздуха будет равной 100%. Поэтому отно
сительная в л а ж н о с т ь воздуха может быть |
в ы р а ж е н а отношением |
|
парциального д а в л е н и я водяного |
пара рп, |
находящегося в воздухе, |
к парциальному давлению водяного пара |
рн, н а с ы щ а ю щ е г о дан |
|
ный объем при тех ж е температуре и давлении: |
||
ср = |
ШО. |
(10.6) |
Р н |
|
|
Влагосодержание воздуха представляет собой массовое коли
чество водяного |
п а р а |
во в л а ж н о м воздухе, |
отнесенное к |
единице |
||
массы |
воздуха |
d |
(г[кг). |
Связь м е ж д у влагосодержанием |
и давле |
|
нием |
воздуха |
устанавливается следующим |
образом . |
|
||
Из уравнения |
состояния сухого воздуха |
имеем |
|
|
|
|
|
V = |
Р в |
м*Ікг. |
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
Такой ж е |
объем |
з а н и м а е т водяной пар' |
|
||||
|
|
|
|
Рп |
Р в |
мъ]хг, |
|
|
|
|
|
|
|
||
или, з а м е н я я |
р„ |
через |
• _f" |
получим |
|
||
|
d = |
^PjL |
_ 0,622 - ^ = 0 , 6 2 2 - ^ - |
(10-7) |
|||
|
|
А п Р в |
|
Рв |
Р — Р п |
|
|
Теплосодержание |
воздуха |
есть |
количество тепла, |
с о д е р ж а щ е г о |
ся в 1 |
кг сухого воздуха и водяных парах, приходящихся на 1 кг |
|
сухого |
воздуха: |
|
|
/ = с в * + ( с „ * + 2 4 9 0 ) 0 , 0 0 Ы , кдж/кг, |
(10.8) |
221
где |
|
с п — т е п л о е м к о с т ь |
водяного пара, |
кдж/кг |
град; |
|
|
|
|||||||||||
|
|
св—теплоемкость |
|
сухого |
воздуха, |
кдж/кг |
|
град; |
|
|
|||||||||
2490 — теплота п а р о о б р а з о в а н и я |
п р и ' т е м п е р а т у р е |
0° С, |
кдж/кг. |
||||||||||||||||
|
Теплоемкости |
воздуха |
и водяного пара в диапазоне температу |
||||||||||||||||
ры от —30 до |
|
-(-150° С |
могут |
рассматриваться |
практически |
по |
|||||||||||||
стоянными: |
с„ = |
/ кдж/кг |
град; |
с„ = |
1,93 кдж/кг |
|
град. |
|
|
|
|||||||||
Д л я |
этих |
условии |
имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
I = t+ |
(1,93/ + 2490)0,001 d, |
кдж/кг, |
|
|
|
(10.9) |
|||||||||
где |
1,93^ + 2490— количество тепла, |
необходимое |
д л я |
превращения |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 кг воды в пар при температуре |
0° С |
и затем |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
для нагревания полученного п а р а до температу |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ры t |
° С . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Количество |
тепла, |
которое |
необходимо подвести |
к (l + d) |
кг |
|||||||||||||
в л а ж н о г о |
воздуха, чтобы |
нагреть это количество |
влажного |
воздуха |
|||||||||||||||
от |
t\ |
до |
t% при |
|
постоянном |
давлении, |
равно |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
i s — i ! « |
(г,—гу + 0,00193сі(г2 — |
U), |
кдж/кг. |
|
|
(10.10) |
||||||||||
|
Д и а г р а м м а |
/—d. |
Анализ в о з м о ж н ы х |
процессов изменения |
со |
||||||||||||||
стояния воздуха |
легко |
осуществить |
при |
помощи |
/—rf-диаграммы |
||||||||||||||
влажного |
воздуха, |
которая |
в ы р а ж а е т |
графическую |
связь |
между |
теплосодержанием /, температурой t, относительной влажностью ср, влагосодержанием d и п а р ц и а л ь н ы м давлением водяных паров в
воздухе ра (рис. 10.1). С помощью |
этой д и а г р а м м ы по |
двум лю |
бым з а д а н н ы м п а р а м е т р а м можно |
найти остальные. |
Пользуясь |
этой диаграммой, решают ряд практических з а д а ч в технике суш ки, вентиляции, кондиционирования воздуха.
В |
основу |
построения /—rf-диаграммы |
положено |
уравнение |
||||
(10.9), правую часть которого м о ж н о представить |
в виде |
суммы |
||||||
двух |
слагаемых: |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
/, = г + 0 , 0 0 1 9 3 ^ ; |
|
|
(10.11) |
||
|
|
|
72 = 2,49d. |
|
|
|
(10.12) |
|
Уравнение |
(10.11) в ы р а ж а е т явную часть теплосодержания 1 кг |
|||||||
сухого |
воздуха |
и з а к л ю ч а ю щ и х с я |
в нем водяных паров, |
уравнение |
||||
(10.12) |
— скрытую часть. Р а з н и ц а |
м е ж д у явным и скрытым |
тепло |
|||||
содержанием состоит в том, что увеличение |
явного |
теплосодержа |
||||||
ния воздуха сопровождается повышением температуры |
(это тепло |
|||||||
ощутимо, поэтому оно и названо |
я в н ы м ) . Скрытое |
теплосодержа |
||||||
ние |
в ы р а ж а е т |
то тепло, которое |
израсходовано на |
превращение |
||||
воды |
в пар. |
|
|
|
|
|
|
222
Влагосодержшше d 21иГ
2 3 £ J 5 7 ö 9 Ю II 12 13 lb 15 W 17 16 19 20 21 22 23 2Ь 25
Рис. 10.1.1—d- диаграмма влажного воздуха
223
В |
косоугольной системе |
координат |
с углом м е ж д у осями 135° |
||
(рис. |
10.2) о т к л а д ы в а ю т с я |
ось ординат |
Ol, ось абсцисс Od и под |
||
углом 135° вспомогательная ось ОС. |
постоянной температуры t |
||||
Уравнение |
(10.11) |
дл я |
некоторой |
||
представляет |
прямую |
линию. В осях координат эта п р я м а я отсе |
кает на оси ординат отрезок, равный 0,24 t (линия 2—5). Н а продол жении той ж е оси ординат вверх дл я определенного значения d откладывается отрезок 0,00193 td (линия 2—3). При ^ = 0 / і = 0 дл я любого значения d, поэтому эта линия проходит через начало координат.
Рис. 10.2. Построение /—а-диаграм
мы влажного воздуха
Уравнение (10.12) не зависит от температуры и представляет прямую ОС, проходящую через начало координат. При том ж е
значении d, что и в |
уравнении |
(10.11), величина h |
будет |
продол |
||||||
жением суммарной |
ординаты /—4. Следовательно, |
дл я |
к а ж д о г о |
|||||||
из значений t я d иа |
д и а г р а м м е |
можно |
провести одну суммарную |
|||||||
ординату, в ы р а ж а ю щ у ю |
полное |
теплосодержание |
влажного воз |
|||||||
духа: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ = / і |
+ / 2 . |
|
|
|
|
(10.13) |
|
Л и н и я 5—3 представляет собой изотерму |
(f = const). Вертикаль |
|||||||||
ные отрезки м е ж д у |
линиями |
5—3 и 0—4 |
соответствуют |
полному |
||||||
теплосодержанию |
при данной |
температуре |
и различном |
влагосо- |
||||||
д е р ж а н и и . Л и н и я |
0—4 |
представляет |
собой |
линию |
постоянного |
224
т е п л о с о д е р ж а н ия / = const. При других |
значениях |
температуры ли- |
|||||||
н и и / = const будут п а р а л л е л ь н ы линии |
0—4, |
|
|
|
|
||||
В л а г о с о д е р ж а н и е |
при данной |
температуре зависит |
от |
относи |
|||||
тельной |
влажности . Следовательно, при i* = const |
с изменением ср |
|||||||
будет меняться d и /. Поэтому |
м о ж н о построить зависимость |
тепло |
|||||||
содержания от относительной |
влажности . Эта зависимость |
выра |
|||||||
жается |
семейством |
кривых |
I = |
f(cp). |
|
|
|
|
|
Кроме того, на д и а г р а м м у |
наносят |
линии |
постоянных |
парциаль |
|||||
ных давлений водяного п а р а |
рп. |
Все поле |
д и а г р а м м ы |
разделено |
|||||
линией |
ф = 100% на две части. Выше |
этой линии |
р а с п о л о ж е н а об |
||||||
ласть в л а ж н о г о воздуха. Л и н и я cp=100% соответствует |
состоянию |
||||||||
воздуха, |
насыщенного водяными |
парами . |
Н и ж е |
этой |
линии об |
ласть перенасыщенного состояния воздуха (туман, микрокапельки воды во взвешенном состоянии) .
/ — d - д и а г р а м м а удобна дл я построения процессов изменения состояния воздуха при нагревании, охлаждении, увлажнении, суш
ке, смешении и их сочетаний. |
В ней легко получить |
температуру |
точки росы tT.p и температуру |
мокрого термометра |
tM.r. |
Температура точки росы воздуха р а в н а температуре воздуха, насыщенного водяными п а р а м и при данном влагосодержании . Д л я
получения этой |
температуры нужно в / — d - д и а г р а м м е |
от |
точки, |
|||
соответствующей |
воздуху |
данного |
состояния, |
провести |
линию |
|
d = const до пересечения с кривой ср = 100%. П р о х о д я щ а я |
через точ |
|||||
ку пересечения |
изотерма |
r=const |
даст значение |
tT.p. |
|
|
Температура мокрого термометра равна температуре воздуха,
насыщенного водяными парами |
при неизменном теплосодержании . |
В / — d - д и а г р а м м е з н а ч е н и ю / м . т |
соответствует линия ^ = const, про |
ходящая через |
точку пересечения |
линии / = const заданного |
значе |
|
ния с кривой |
ср = 100 %. |
Н а рис. 10.3 показано нахождение |
этих |
|
температур для воздуха, |
состояние |
которого обозначено точкой А. |
t
Рис. 10.3. Определение в /—(/-ди
аграмме |
температуры точки |
ро |
||
сы |
/ т . р , А и температуры |
|
мок |
|
рого термометра ін.т, А |
возду |
|||
15 Зак. 31 |
ха в |
состоянии точки |
А |
225 |