Файл: Лекция 1 Общие сведения о кондиционировании воздуха План Предмет курса.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 49
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
первом интервале времени (в начале процесса) теплообмен между водой и воздухом будет протекать интенсивно за счет явного и скрытого обмена теплом при большом перепаде температур. Если температура воды поднимается выше температуры точки росы воздуха, интенсивность теплообмена резко уменьшится: прекратится отдача скрытого тепла конденсации и по мере повышения температуры воды начнется испарение, увлажнение воздуха и передача ему тепла парообразования. Изменение температуры воды и воздуха будет происходить медленнее. Постепенно температура воды будет продолжать повышаться, энтальпии воздуха на поверхности воды и очередной смеси движущегося воздуха будут приближаться друг к другу. В конце концов вода приобретет температуру мокрого термометра текущей смеси воздуха, энтальпия которой будет равна энтальпии воздуха на поверхности контакта с водой. Начиная с этого момента процесс увлажнения воздуха будет адиабатическим: температура воздуха будет понижаться, не изменяя энтальпию, а температура воды будет оставаться неизменной и равной температуре мокрого термометра воздуха (см. рис. точки 4,5 и 6).
Подобного рода рассуждения остаются справедливыми и для условий, когда начальная температура воды выше температуры точки росы и ниже температуры мокрого термометра воздуха. Ход такого изменения состояния воздуха показан на рис.III.5. Несколько иначе развивается процесс при температуре воды, большей температуры мокрого термометра воздуха, поступающего в камеру. Разница состоит в том, что температура воды будет понижаться и стремиться достигнуть температуры мокрого термометра смеси воздуха некоторого текущего состояния. Развитие этого процесса показано на рис.III.6.
На рис. III.7 показан пример подобного построения для противотока.
В практических расчетах задачу упрощают и считают, что изменение состояния воздуха, как сказано выше, определяется прямой линией, соединяющей точку начального состояния воздуха и некоторую промежуточную точку состояния воды. При расчетах обычно нужно знать параметры воз-
Рис. III.5. Изменение во времени Рис.
III.6. Изменение во времени Рис.III.7. Изменение во времни
состояния воздуха в точке 1при состояния воздуха в точке 1при состояния воздуха в точке1при
его контакте с водой, имеющей его контакте с водой, имеющей его контакте с водой, имею
начальную температуру tр1<1 < начальную температуру 1 < tм1 начальную температуру 1< tр1 < tм1 (при параллельном токе) (при параллельном токе) (при противотоке)
духа после его контакта с водой и температуру воды, обеспечивающую заданное направление луча процесса. Конечные параметры воздуха определяют точкой 2 пересечения луча изменения состояния воздуха, характеризуемого начальными параметрами I1, d1 с линией и = 90 – 95 %. Температура воды (промежуточная, условная) определится точкой пересечения этого луча с линией = 100 %.
4.3. Приближенный аналитический метод расчета изменения тепло- влажностного состояния воздуха в процессе его кондиционирования
При проектировании систем кондиционирования воздуха, а также при их испытании, регулировании и т. д. необходимо иметь возможность рассчитывать процессы изменения тепловлажностного состояния воздуха аналитически и численно. Особенно большое значение это имеет для расчета процессов и систем с помощью ЭВМ при использовании системы автоматического проектирования САПР.
Прямое использование полных зависимостей вида d, , J, а также функции
значительно усложняет расчет; применение традиционного графического метода расчета с помощью J-d-диаграммы сужает возможности, ограничивает вариантность сравнения и анализ режимов и фактически исключает использование ЭВМ и аналитических методов решения. В связи с этим возникает необходимость в приближенном методе определения состояния влажного воздуха и процессов его изменения.
Для аналитического решения задач тепло- и влагопереноса требуются простые зависимости, описывающие состояние влажного воздуха.
Влажный воздух можно рассматривать как смесь идеальных газов, состоящую из сухого воздуха и перегретого (ненасыщенный воздух) или насыщенного (насыщенный воздух) пара. Энтальпия влажного воздуха определяется в соответствии с массовой концентрацией пара в воздухе (влагосодержанием
dв):
, (4.1)
где r — теплота конденсации водяного пара.
В ограниченном для СКВ диапазоне параметров в качестве основных уравнений при приближенных аналитических расчетах могут быть использованы следующие формулы для энтальпии воздуха и ее приращения:
(4.2)
(4.3)
Формулы (4.2) и (4.3) можно использовать и легко преобразовать применительно к рассмотренным выше основным процессам изменения тепловлажностного состояния воздуха при его кондиционировании.
Изовлажностный процесс нагрева или охлаждения воздуха, протекающий по линии d = const, может быть рассчитан по приближенной формуле
(4.4)
где
— изменение температуры воздуха, соответствующее изменению его энтальпии на 
.
Процесс изоэнтальпийного увлажнения, протекающий по линииI = const, рассчитывается по уравнению
(4.5)
где —изменение температуры воздуха, соответствующее изменению влагосодержания на 
.
Изотермический процесс, протекающий по линиям t = const, выражается зависимостью:
(4.6)
где — изменение энтальпии, соответствующее изменению влагосодержания на .
Собирательный политропический процесс, связанный с произвольным направлением луча процесса = var, приближенно можно рассчитать, пользуясь формулой:
. (4.7)
При расчете параметров воздуха около поверхности, на которой выпадает конденсат, или при непосредственном контакте воздуха с водой над поверхностью формируется пограничный слой, заполненный насыщенным воздухом. При расчете в таких случаях необходимо знать параметры воздуха на линии =
= const вблизи = 100 %. Для этого нужно описать приближенным уравнением кривую = const. Удобно и можно достаточно точно эту кривую в рабочем для кондиционирования воздуха диапазоне значений заменить ломаной линией, состоящей из нескольких отрезков прямых. Уравнения этих прямых имеют вид:
; (4.8) и 
; (4.9)
Иногда необходимо иметь зависимости вида:
(4.10) и 
(4.11)
где
— энтальпия, температура и влагосодержание, соответствующие своим значениям на заданной линии = const; А, В, С, D — численные коэффициенты.
При расчете увлажнения, осушки и охлаждения воздуха нужно уметь определять параметры воздуха после его контакта с водой или температуру воды, которая обеспечит заданное направление луча процесса изменения состояния воздуха. Конечные параметры воздуха обычно условно определяют точкой пересечения луча процесса изменения состояния воздуха с линией = 90 – 95 %, а температуру воды—точкой пересечения этого луча с линией = 100%. Параметры точек пересечения с = const можно рассчитать по приближенным аналитическим формулам. Для их получения необходимо совместно решить систему уравнений, например, в виде:
(4.12)
. (4.13)
Уравнение (4.12) характеризует луч 1 изменения состояния воздуха, имеющего начальные параметры I1 и d1 , а уравнение (4.13) – отрезок прямой, аппроксимирующей соответствующую линию постоянной относительной влажности = const в определенном диапазоне температур.
Подставляя выражение для d из уравнения (4.10) в уравнение (4.12), получим формулу для определения энтальпии I воздуха в точке пересечения луча процесса с линией = const:
(4.14)
Зная значение I, по аналитическим зависимостям можно определить остальные параметры точки пересечения:
d по формуле (4.10), t по формуле (4.11). Следует иметь в виду, что при произвольном барометрическом давлении Pб1 численное значение 1 на линии = const J-d-диаграммы, построенной при барометрическом давлении Рб, изменяется пропорционально изменению барометрического давления.
Поправочный коэффициент
, который при этом должен быть учтен, например при определении энтальпии по формуле
(4.15)
При использовании приближенного аналитического метода для расчета тепломассообмена удобным оказывается использование условного показателя – удельной теплоемкости насыщенного воздуха сн на линии насыщения =100%. Величина сн показывает, как изменяется энтальпия насыщенного воздуха с изменением его температуры, если воздух при этом остается насыщенным. Удельную теплоемкость сн можно определить по формуле
, (4.16)
где св – теплоемкость влажного воздуха, обычно она очень близка к теплоемкости сухого воздуха и может приниматься равной ей.
Производная
по температуре 
в зависимости (4.16) может быть получена следующим образом. Зависимость d от t определим подстановкой формулы (5.8) в уравнение (5.10):
(4.17)
откуда
(4.18)
Для расчета по приближенному аналитическому методу любых процессов изменения тепловлажностного состояния воздуха и их произвольных сочетаний достаточно приведенных формул. Погрешность расчетов по ним (при температурах воздуха от – 40°С до +40°С и влажностях от 1 до 25 г / кг) не выходит за пределы 3 %. Результаты численных расчетов по формулам оказываются более точными, чем полученные графическим построением на J-d-диаграмме.
Подобного рода рассуждения остаются справедливыми и для условий, когда начальная температура воды выше температуры точки росы и ниже температуры мокрого термометра воздуха. Ход такого изменения состояния воздуха показан на рис.III.5. Несколько иначе развивается процесс при температуре воды, большей температуры мокрого термометра воздуха, поступающего в камеру. Разница состоит в том, что температура воды будет понижаться и стремиться достигнуть температуры мокрого термометра смеси воздуха некоторого текущего состояния. Развитие этого процесса показано на рис.III.6.
На рис. III.7 показан пример подобного построения для противотока.
В практических расчетах задачу упрощают и считают, что изменение состояния воздуха, как сказано выше, определяется прямой линией, соединяющей точку начального состояния воздуха и некоторую промежуточную точку состояния воды. При расчетах обычно нужно знать параметры воз-
Рис. III.5. Изменение во времени Рис.
III.6. Изменение во времени Рис.III.7. Изменение во времни
состояния воздуха в точке 1при состояния воздуха в точке 1при состояния воздуха в точке1при
его контакте с водой, имеющей его контакте с водой, имеющей его контакте с водой, имею
начальную температуру tр1<1 < начальную температуру 1 < tм1 начальную температуру 1< tр1 < tм1 (при параллельном токе) (при параллельном токе) (при противотоке)
духа после его контакта с водой и температуру воды, обеспечивающую заданное направление луча процесса. Конечные параметры воздуха определяют точкой 2 пересечения луча изменения состояния воздуха, характеризуемого начальными параметрами I1, d1 с линией и = 90 – 95 %. Температура воды (промежуточная, условная) определится точкой пересечения этого луча с линией = 100 %.
4.3. Приближенный аналитический метод расчета изменения тепло- влажностного состояния воздуха в процессе его кондиционирования
При проектировании систем кондиционирования воздуха, а также при их испытании, регулировании и т. д. необходимо иметь возможность рассчитывать процессы изменения тепловлажностного состояния воздуха аналитически и численно. Особенно большое значение это имеет для расчета процессов и систем с помощью ЭВМ при использовании системы автоматического проектирования САПР.
Прямое использование полных зависимостей вида d, , J, а также функции
значительно усложняет расчет; применение традиционного графического метода расчета с помощью J-d-диаграммы сужает возможности, ограничивает вариантность сравнения и анализ режимов и фактически исключает использование ЭВМ и аналитических методов решения. В связи с этим возникает необходимость в приближенном методе определения состояния влажного воздуха и процессов его изменения.Для аналитического решения задач тепло- и влагопереноса требуются простые зависимости, описывающие состояние влажного воздуха.
Влажный воздух можно рассматривать как смесь идеальных газов, состоящую из сухого воздуха и перегретого (ненасыщенный воздух) или насыщенного (насыщенный воздух) пара. Энтальпия влажного воздуха определяется в соответствии с массовой концентрацией пара в воздухе (влагосодержанием
dв):
, (4.1)где r — теплота конденсации водяного пара.
В ограниченном для СКВ диапазоне параметров в качестве основных уравнений при приближенных аналитических расчетах могут быть использованы следующие формулы для энтальпии воздуха и ее приращения:
(4.2) (4.3)Формулы (4.2) и (4.3) можно использовать и легко преобразовать применительно к рассмотренным выше основным процессам изменения тепловлажностного состояния воздуха при его кондиционировании.
Изовлажностный процесс нагрева или охлаждения воздуха, протекающий по линии d = const, может быть рассчитан по приближенной формуле
(4.4)где
— изменение температуры воздуха, соответствующее изменению его энтальпии на .Процесс изоэнтальпийного увлажнения, протекающий по линииI = const, рассчитывается по уравнению
(4.5)где
—изменение температуры воздуха, соответствующее изменению влагосодержания на .Изотермический процесс, протекающий по линиям t = const, выражается зависимостью:
(4.6)где
— изменение энтальпии, соответствующее изменению влагосодержания на .Собирательный политропический процесс, связанный с произвольным направлением луча процесса = var, приближенно можно рассчитать, пользуясь формулой:
. (4.7)При расчете параметров воздуха около поверхности, на которой выпадает конденсат, или при непосредственном контакте воздуха с водой над поверхностью формируется пограничный слой, заполненный насыщенным воздухом. При расчете в таких случаях необходимо знать параметры воздуха на линии =
= const вблизи = 100 %. Для этого нужно описать приближенным уравнением кривую = const. Удобно и можно достаточно точно эту кривую в рабочем для кондиционирования воздуха диапазоне значений заменить ломаной линией, состоящей из нескольких отрезков прямых. Уравнения этих прямых имеют вид:
; (4.8) и ; (4.9)Иногда необходимо иметь зависимости вида:
(4.10) и (4.11)где
— энтальпия, температура и влагосодержание, соответствующие своим значениям на заданной линии = const; А, В, С, D — численные коэффициенты.При расчете увлажнения, осушки и охлаждения воздуха нужно уметь определять параметры воздуха после его контакта с водой или температуру воды, которая обеспечит заданное направление луча процесса изменения состояния воздуха. Конечные параметры воздуха обычно условно определяют точкой пересечения луча процесса изменения состояния воздуха с линией = 90 – 95 %, а температуру воды—точкой пересечения этого луча с линией = 100%. Параметры точек пересечения с = const можно рассчитать по приближенным аналитическим формулам. Для их получения необходимо совместно решить систему уравнений, например, в виде:
(4.12) . (4.13)Уравнение (4.12) характеризует луч 1 изменения состояния воздуха, имеющего начальные параметры I1 и d1 , а уравнение (4.13) – отрезок прямой, аппроксимирующей соответствующую линию постоянной относительной влажности = const в определенном диапазоне температур.
Подставляя выражение для d из уравнения (4.10) в уравнение (4.12), получим формулу для определения энтальпии I воздуха в точке пересечения луча процесса с линией = const:
(4.14)Зная значение I, по аналитическим зависимостям можно определить остальные параметры точки пересечения:
d по формуле (4.10), t по формуле (4.11). Следует иметь в виду, что при произвольном барометрическом давлении Pб1 численное значение 1 на линии = const J-d-диаграммы, построенной при барометрическом давлении Рб, изменяется пропорционально изменению барометрического давления.
Поправочный коэффициент
, который при этом должен быть учтен, например при определении энтальпии по формуле (4.15)При использовании приближенного аналитического метода для расчета тепломассообмена удобным оказывается использование условного показателя – удельной теплоемкости насыщенного воздуха сн на линии насыщения =100%. Величина сн показывает, как изменяется энтальпия насыщенного воздуха с изменением его температуры, если воздух при этом остается насыщенным. Удельную теплоемкость сн можно определить по формуле
, (4.16)где св – теплоемкость влажного воздуха, обычно она очень близка к теплоемкости сухого воздуха и может приниматься равной ей.
Производная
по температуре в зависимости (4.16) может быть получена следующим образом. Зависимость d от t определим подстановкой формулы (5.8) в уравнение (5.10): (4.17)откуда
(4.18)Для расчета по приближенному аналитическому методу любых процессов изменения тепловлажностного состояния воздуха и их произвольных сочетаний достаточно приведенных формул. Погрешность расчетов по ним (при температурах воздуха от – 40°С до +40°С и влажностях от 1 до 25 г / кг) не выходит за пределы 3 %. Результаты численных расчетов по формулам оказываются более точными, чем полученные графическим построением на J-d-диаграмме.