Влажный воздух. Состояния влажного воздуха

Влажный воздух – парогазовая смесь, состоящая из сухого воздуха и водяных паров. В.В., содержащий макс.кол-во водяного пара при данной температуре – насыщенный. Воздух, в кот.не содержится макс.возможное при данной температуре кол-во водяного пара – ненасыщенный. Ненасыщенный влажный воздух состоит из смеси сухого воздуха и перегретого водяного пара, а насыщенный влажный воздух – из сухого воздуха и насыщенного водяного пара. Водяной пар содержится в воздухе обычно в небольших количествах и чаще всего в перегретом состоянии, поэтому к нему с достаточной для технических расчетов точностью могут быть применены законы идеальных газов. По закону Дальтона давление влажного воздуха Рв=Рс.в.+Рв.п., где Рс.в., Рв.п. – давление сухого воздуха и водяного пара соответственно. Парциальное давление можно определить из таблиц насыщ.пара по темп.т.росы, т.е. по темп-ре, до кот.нужно охладить воздух при пост.влагосодержании, чтобы он стал насыщенным. Основные характ-ки В.в.: относительная влажность,абсолютная влажность, влагосодержание воздуха.

11. Параметры и характеристики влажного воздуха

Влажный воздух – механическая смесь сухого воздуха и водяного пара.

Вл. Воздух подразделяется на ненасыщенный и насыщенный.

- Вл. Ненасыщенный воздух –механическая смесь сухого воздуха и перегретого пара.

- Вл. Насыщенный – механическая смесь сухого воздуха и влажного насыщенного пара.

Осн. Характеристики и параметры влажного воздуха:

1)Абсолютная влажность ρ - это массовое количество водяных паров в одном кубическом метре влажного воздуха. ρ=(кг/м³)

Необходимо отметить, что абсолютная влажность воздуха характеризует содержание в воздухе только одной - паровой фазы воды.

2) Относительная влажность φ - это отношение абсолютной влажности к максимально возможной

*100%

3) Влагосодержание – масса водяного пара во влажном воздухе (в граммах), приходящаяся на 1 кг сухого воздуха (d, г/кг с.в.) Иначе говоря, влагосодержание - это отношение массы воды к массе сухого воздуха, в котором эта вода испарилась.

4) Парциальным давлением водяного пара влажного воздуха называется то давление, которое обретет водяной пар в замкнутом объёме, если из этого объема убрать весь сухой воздух. [P_п, Па]

*100%

5) энтальпия влажного воздуха - это сумма энтальпий сухого воздуха и водяного пара, причем первая пропорциональна температуре (коэффициент пропорциональности - теплоемкость сухого воздуха), а вторая пропорциональна влагосодержанию. (i, кДж/кг*С)

(энтальпия — это количество энергии, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении.)

6) Температура, t;

Различают 3 состояния влажного воздуха:

1.Ненасыщенный влажный воздух - смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара (φ<100 %).

2. Насыщенный влажный воздух - смесь сухого воздуха и сухого насыщенного водяного пара (φ=100 %)

3. Перенасыщенный влажный воздух - смесь сухого воздуха и влажного водяного пара. Явление в природе – туман (φ=100 %)

Температура точки росы (Ƭ_р, ⁰С) - это такая температура, начиная с которой при охлаждении влажного воздуха при постоянном давлении из него начинается выпадение капелек воды.

12. H-d диаграмма влажного воздуха

i – d диаграмма предложена профессором Рамзиным в 1918 году для упрощения расчетов, связанных с изменением состояния влажного газа (воздуха).Обычно она строиться для постоянного барометрического давления, равного 99,3 кПа (745 мм.рт.ст). Это среднегодовое давление в Центрально - промышленном районе СССР в том числе теперь России. Строится она в расчете на 1 кг сухого воздуха. По оси абсцисс откладывается массовое влагосодержание в сухом воздухе (%), а по оси ординат – удельная энтальпия.

Основное назначение диаграммы – это изображение процессов изменения состояния воздуха: увлажнения, нагревания, охлаждения и т. д. Изменение состояния воздуха может произойти тогда, когда ему подводится (отводится) тепло Q или влага W, или за счет одновременного воздействия обоих факторов. Процесс изменения состояния воздуха при этом характеризуется значением ε (кДж/кг), называемым тепловлажностным отношением, или угловым коэффициентом. ε = Q/W.

По горизонтальной оси отложены значения влагосодержания и нанесена сетка вертикальных линий d = const. Подуглом 135° к вертикальной оси диаграммы проведены линии постоянной энтальпии i. На диаграмму нанесены кривые равных значений относительной влажности φ от 0 до 100% и линии постоянных температур в виде прямых под небольшим углом к горизонтальной оси диаграммы. i,d-диаграмма дополнена линией парциальных давлений водяного пара p_п. Каждая точка диаграммы характеризуется взаимно согласованными параметрами t, d, i, p_п, φ. Точки диаграммы определяют следующие состояния: ненасыщенного воздуха над кривой φ = 100%; насыщенного воздуха на кривой φ = 100%;
насыщенного воздуха, содержащего капельки жидкой влаги или льда под кривой φ = 100%.

Диаграммой пользуются следующим образом. Пусть известно, что воздух имеет температуру 20°С и относительную влажность 60%. На пересечении изотермы 20°С с линией φ = 60% получим точку А. Тогда по i, d - диаграмме легко прочитать остальные параметры воздуха: i_A = 42,2 кДж/кг; d_A = 8,8 г/кг; p_пА = 1,4 кПа.

С помощью диаграммы можно определить температуру точки росы воздуха t_р. Если воздух охлаждать при d = const, то температура, при которой воздух становится насыщенным, будет t_р. Дальнейшее охлаждение сопровождается выпадением влаги. Для точки А температура точки росы t_р = 12°С. Точка В называется точкой росы для воздуха, имеющего состояние, характеризуемое точкой А.

13. Основные термодинамические процессы

1)Процесс нагрева и охлаждения влажного воздуха в H-d диаграмме изображен линиями II линиям постоянного влагосодержания.

2)Увлажнение и осушение воздуха – изображен линиями II линиям постоянной энтальпии.

1-3 – увлажнение воздуха

1-2 – осушение воздуха

14. Простые и сложные виды переноса теплоты

Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:

· Теплопроводность

· Конвекция

· Тепловое излучение

Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Конве́кция — явление переноса теплоты в жидкостях или газах, или сыпучих средах потоками вещества.

Теплово́е излуче́ние или лучеиспускание — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии. Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.

Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетанием элементарных видов. Основные из них:

· теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела);

· теплопередача (теплообмен от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку);

· сложный теплообмен (совместный перенос тепла излучением и конвекцией);

15. Теплопроводность. Уравнение Фурье. Коэффициент теплопроводности.

Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

*(t₁-t₂),

q- мощность удельного теплового потока (Вт/м²) – количество теплоты в единицу времени на единицу площади

λ – коэффициент теплопроводности - параметр, характеризующий интенсивность процесса теплопроводности в материале; [ λ, Вт/м*⁰C]

Физический смысл:

Мощность теплового потока, проходящего через единичную площадь, при разнице 1 ⁰С на единицу длины.

16. Конвекция. Конвективный теплообмен. Уравнение Ньютона. Коэффициент конвективного теплообмена.

Конве́кция — явление переноса теплоты в жидкостях или газах, или сыпучих средах потоками вещества.

q=α_k*(t₁-t₂),

α_k - коэффициент конвективного теплообмена [ Вт/м²*⁰C]

Физический смысл:

Мощность теплового потока, отдаваемого или воспринимаемого единицей поверхности твердого тела при разности температур в 1 ⁰C между поверхностью и средой

17. Теплообмен излучением. Закон Стефана-Больцмана. Тепловые экраны.

E = σT ⁴

Излучательная способность абсолютно черного тела прямо пропорциональна абсолютной температуре в 4ой степени.

σ = 5.7*10^-8 – постоянная Больцмана (Вт/м²*К⁴)

Угольная сажа, нефтяная сажа, черный бархат приближены к абсолютно черному телу (модель абсолютно черного тела)

Отношение излучательной способности серого тела к излучательной способности абсолютно черного тела обозначают ξ и называют степенью черноты.

С=С₀* ξ

Величины коэффициентов степени черноты обычно определены эксперементальным путем и представлены в справочной литературе.

Тепловые экраны:

(В качестве таких экранов используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности (около 0,05 Вт/м•°С), например, пенофол - вспененная основа с односторонним фольгированием.)

По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Однако это деление достаточно условно, так как каждый экран обладает одновременно способностью отражать, поглощать и отводить тепло. Отнесение экрана к той или иной группе производится в зависимости от того, какая его способность выражена сильнее.

Теплоотражающие экраны имеют низкую степень черноты поверхностей, вследствие чего они значительную часть падающей на них лучистой энергии отражают в обратном направлении. В качестве теплоотражающих материалов в конструкции экранов широко используют альфоль, листовой алюминий, оцинкованную сталь, алюминиевую краску.

Теплопоглощающими называют экраны, выполненные из материалов с высоким термическим сопротивлением (малым коэффициентом теплопроводности). В качестве теплопоглощающих материалов применяют огнеупорный и теплоизоляционный кирпич, асбест, шлаковату.

В качестве теплоотводящих экранов наиболее широко используются водяные завесы, свободно падающие в виде пленки, орошающие другую экранирующую поверхность (например, металлическую), либо заключенные в специальный кожух из стекла (акварильные экраны), металла (змеевики) и др.