Политропический процесс тепло- и влагообмена воздуха

3.1. Процесс нагрева и охлаждения воздуха

В вентиляционном процессе постоянно совершается переход влажного воздуха из одного состояния в другое. Воздух, подаваемый в помещение при-точной системой вентиляции, предварительно обрабатывается в специальных установках. Ему придают определенные «кондиции» (параметры) путем нагрева или охлаждения, осушки или увлажнения, а также смешения воздушных масс различного состояния. Приточный воздух имеет параметры, отличные от параметров воздуха помещения, и благодаря этому обладает способностью, вытесняя воздух помещения и перемешиваясь с ним, ассимилировать избыточное тепло и влагу или подогревать и увлажнять воздух помещения.

Все возможные изменения тепловлажностного состояния воздуха могут быть изображены и прослежены в I-d-диаграмме.

Простейшим является процесс нагрева воздуха в результате контакта с одной нагретой поверхностью, при котором он получает только явное конвективное тепло. При этом влагосодержание воздуха остается неизменным, поэтому в I-d-диаграмме процесс нагрева изображается по d = const (рис.II.6).

Если воздух с параметрами точки 1 нагревать в калорифере, то этот процесс изобразится прямой, проведенной вертикально вверх от точки 1 до точки 2 по линии d₁ = const.

Рис.II.6. Изображение в I-d диаграмме процессов нагрева и охлаждения воздуха.

В процессе охлаждения воздуха в результате контакта с сухой холодной поверхностью он отдает только явное конвективное тепло. В I-d-диаграмме этот процесс изображен вниз от точки 1 до точки 3 по линии d₁ = const.

Процесс охлаждения воздуха, когда при теплообмене он отдает только явное тепло, может протекать до состояния, которое соответствует точке 4 пересечения луча d₁ = const с линией φ = 100 %. При дальнейшем охлаждении водяные пары, содержащиеся в воздухе, конденсируются, и изменение его тепловлажностного состояния прослеживается вниз налево по линии φ = 100 %. Процесс охлаждения, протекающий по линии φ = 100 %, связан с отдачей не только явного тепла, но и скрытого тепла конденсации.

Количество тепла, подводимого (отводимого) в этих случаях, опреде-ляется по формуле

, (3.1)

где G – расход обрабатываемого воздуха кг/ч; ΔI – изменение энтальпии воздуха в процессе, кДж/кг.

Знак (+) в формуле (3.1) соответствует нагреванию воздуха, (-) – охлаждению.

3.2. Процесс адиабатического увлажнения воздуха

Адиабатическими называются процессы, протекающие при постоянном теплосодержании воздуха (т.е. по линии I = const). При этом: .

Представим себе открытый сосуд с водой с изолированными стенками, температура воды t_w выше температуры окружающего воздуха t_в. Единственной поверхностью охлаждения является зеркало воды. .

Над открытой поверхностью воды (вблизи ее) образуется тонкая пленка паров, носящая название пограничного слоя. Так как давление водяных насыщенных паров в пограничном слое выше давления в окружающем воздухе, то из пограничного слоя будет непрерывно происходить выделение паров в окружающий воздух. Причем испарение будет тем интенсивнее, чем больше разность давлений Р_нас и Р_вп.

Для испарения воды требуется теплота.

При t_w > t_в эту теплоту отдает вода, но ввиду того, что тепло в сосуд ниоткуда не подводится, температура воды в нем будет понижаться.

Начиная с момента временим, при котором t_w = t_в, тепло отбирается не только от воды, но и от воздуха.

Процесс отбора тепла от воды продолжается до тех пор, пока ее температура не понизится до определенной постоянной величины, называемой равновесной температурой или температурой мокрого термометра (t_м). С этого момента начинается адиабатный процесс.

В связи с тем, что температура воздуха (t_в) выше температуры воды (t_w), поток явного тепла будет направлен от воздуха к воде. Одновременно в воздух поступает некоторое количество влаги (W). Явное тепло, полученное поверхностью жидкости, полностью затрачивается на испарение и возвращается в воздух в виде скрытого тепла

Q_q = Wr. (3.2)

Изображение этого процесса в I-d диаграмме приведено на рис.II.7 (линияAB)

Рис.II.7 Изображение в I-d диаграмме процессов адиабатического увлажнения воздуха.

В вентиляционной технике рассматриваемый процесс может протекать в оросительной камере при полной рециркуляции воды.

3.3. Процесс изотермического увлажнения воздуха

Если в воздух подавать водяной пар, имеющий температуру воздуха по сухому термометру, то он будет увлажняться без изменения температуры.

Процесс изотермического увлажнения воздуха паром в I-d-диаграмме прослеживается по линии t = const. При подаче пара в воздух с параметрами, которые соответствуют точке 1 (рис.II.8), состояние воздуха изменяется по линии t₁ = const.

После увлажнения воздуха его состояние может соответствовать точке 2. Предельному состоянию воздуха в этом процессе соответствует точка 3 пересечения луча процесса с кривой φ = 100 %.

В вентиляционной практике используют процесс увлажнения воздуха острым паром. Пар обычно имеет температуру более 100 °С, т.е. значительно отличающуюся от температуры воздуха. Однако в связи с тем, что явная энтальпия пара, ассимилируемого воздухом, незначительна, луч

Рис.II.8. Изображение в I-d-диаграмме процессов изотермического увлажнения воздуха.

процесса идет с небольшим отклонением вверх от изотермы. Изменение энтальпии воздуха в основном определяется скрытым теплом водяного пара, температура воздуха при этом повышается незначительно.

3.4. Политропический процесс тепло- и влагообмена воздуха

Изменение состояния воздуха в вентиляционном процессе нередко связано с внесением или отнятием от него одновременно тепла и влаги. При произвольном соотношении количеств тепла и влаги, ассимилируемых воздухом, изменение его состояния можно изобразить в I-d-диаграмме линиями, имеющими различные направления. Если потоку воздуха, содержащего сухую часть в количестве G, кг/ч, передать Q, кДж/ч, тепла и W, кг/ч, влаги, то его энтальпия изменится на ΔI, кДж/кг, так что

Q = G ∙ΔI, (3.3)

а его влагосодержание изменится на Δd', кг/кг, так что

W = G ∙Δd' (3.4)

отношение правых и левых частей уравнений (4.3) и (4.4) есть показатель направления луча процесса изменения состояния воздуха в I-d-диаграмме – угловой коэффициент ε

. (3.5)

Если в I-d-диаграмме нанести два параллельных между собой отрезка 1-2 и 3-4, то, как это видно из подобия треугольников на рис.II.9, для них будут одинаковыми отношения

Рис.II.9. Показатель e двух параллельных лучей процессов изменения тепловлажностного состояния воздуха в I-d- диаграмме.

, (3.6)

а следовательно, и показатель направления луча процесса ε. Отсюда можно сделать вывод, что одному и тому же углу наклона прямой в I-d-диаграмме соответствуют процессы изменения тепловлажностного состояния воздуха с определенным соотношением ассимилированных количеств тепла и влаги.

Политропический процесс с произвольным угловым коэффициентом ε включает все возможные процессы изменения тепловлажностного состояния воздуха.

Изовлажностный процесс нагрева соответствует

.

Изовлажностный процесс охлаждения соответствует

.

Процесс адиабатического увлажнения соответствует

.

Политропический процесс при произвольном значении ε приближенно можно рассчитать, пользуясь формулой

.

Раздел III. Санитарно-гигиенические и технологические основы

вентиляции

Лекция № 4 Нормирование параметров воздушной среды помещений

План

Дата добавления: 2014-04-10; просмотров: 987; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!