Влажный воздух

В сушильной технике в качестве рабочего тела широко используют влажный воздух, представляющий собой смесь сухого воздуха и водяного пара.

Содержание водяного пара в атмосферном воздухе зависит от метеорологических условий, а также от наличия источников испарении воды и колеблется в широких пределах: от малых долей до 4 % (по массе). Смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара называется насыщенным влажным воздухом. Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара называется ненасыщенным влажным воздухом. Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал насыщенным, называется температурой точки росы. При дальнейшем охлаждении влажного воздуха (ниже температуры точки росы) происходит конденсация водяного пара. Поэтому температуру точки росы часто используют как меру содержания в воздухе воды в парообразном состоянии.

Обычно к влажному воздуху применяют уравнения для идеальных газовых смесей. Так как в процессах сушки количество водяного пара в воздухе может меняться, а количество сухого воздуха остается постоянным, то целесообразно относить все величины к 1 кг сухого воздуха (а не смеси).

Влагосодержание, абсолютная и относительная влажность

Масса пара в 1 м3 влажного воздуха, численно равная плотности пара ри при парциальном давлении ра называется абсолютной влажностью. Отношение действительной абсолютной влажности воздуха рп к максимально возможной абсолютной влажности ps, при той же температуре называют относительной влажностью и обозначают через <р :

ц = с, =P.,/Ps, (4-54)

где рп - парциальное давление водяного пара во влажном воздухе;

ps - максимально возможное парциальное давление водяного пара при данной температуре.

Величина выражается в процентах или относительных единицах. Поскольку О < рп < ps, то 0 < < 100 % (или соответственно 0 < < 1). Для сухого воздуха (р = 0, для насыщенного = 100 %.

Относительная влажность сама по себе полностью не характеризует содержание пара во влажном воздухе, нужно еще знать температуру влажного воздуха, однозначно определяющую величину ps.

Отношение массы водяного пара Мп , содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха Мъ, называется влагосодержанием воздуха и измеряется в килограммах на килограмм:

d = Mnв .

(4.55)

Определяя массы сухого воздуха и водяного пара из уравнения состояния идеального газа, преобразуем выражение (4.55) к виду:

d= P..V,P.V = R.P., = РпР„

R„TRBT Rnp, ц,(р-р„)'

Если рв = (р ps; Цп = 18,06 кг/кмоль Цв = 28,95 кг/кмоль, то

d=18,06 up, =0>622 up, (45б)

28,95 р-цр, р - up,

Максимально возможное влагосодержание достигается при полном насыщении воздуха водяными парами (ср =1):

d_ =0,622- Р‘ . (4.57)

P-Ps

Если давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению р, что достигается при температуре кипения, то d = со.

Теплоемкость и энтальпия влажного воздуха

Изобарную теплоемкость влажного воздуха ср обычно относят к 1 кг сухого воздуха, т. е. к (1 + d) кг влажного воздуха. Она равна сумме теплоемкостей 1 кг сухого воздуха и d кг пара:

Ср р. +dcPn- <4-58)

В приближенных термодинамических расчетах процессов с влажным воздухом в небольшом диапазоне температур можно применять удельную изобарную теплоемкость сухого воздуха срв = 1 кДж /(кг • К) = const, удельную изобарную теплоемкость водяного пара срв ~ 2 кДж /(кг • К) = const.

В этом случае, выражая теплоемкость в кДж/(кг • К), получаем:

cp=l+2d. (4.59)

Энтальпия влажного воздуха определяется как энтальпия газовой смеси, состоящей из 1 кг сухого воздуха и d кг водяного пара, т. е.

h=he+dhn. (4.60)

Энтальпия 1 кг сухого воздуха, кДж/кг,

he = cpe,t = 1 ? t. (4.61)

Энтальпия 1 кг пара, кДж/кг, достаточно точно может быть вычислена по формуле, в которой теплота испарении воды при 0 °C принята равной 2500 кДж/кг, а теплоемкость пара 2 кДж/(кг • К):

he = 2500 + 27. (4.62)

тогда:

h = t + (2500 + 2 t)d.

(4.63)

Контрольные вопросы и задачи практики

  • 1. Воздух по объему состоит из 21 % кислорода и 79 % азота. Определить состав воздуха по массе, парциальные давления кислорода и азота при давлении смеси 760 мм рт. ст. и плотность воздуха при нормальных физических условиях, считая его идеальным газом.
  • 2. Один кг. (1 кг) воздуха при температуре 10 °C и начальном давлении 0,1 МПа сжимается изотермически в компрессоре до конечного давления 1 МПа. Определить конечный объём, затраченную работу и количество теплоты, которое необходимо отвести от газа.
  • 3. Как известно, в атмосфере существуют конвекционные токи, непрерывно перемещающие воздух из верхних слоев в нижние, а из нижних в верхние. Когда воздух поднимается в верхние слои с более низким давлением, он адиабатически расширяется (ибо является плохим проводником теплоты) и его температура понижается. Считая воздух идеальным газом, вычислить высотный градиент температуры в атмосфере.
  • 4. Три (3 м3 ) воздуха при давлении 4 • 105 Па расширяются до трехкратного объема и давления р2 = 10? Па. Считая процесс политропным, вычислить показатель политропы, работу расширения, количество теплоты и изменение внутренней энергии в этом процессе.
  • 5. Перегретый пар расширяется в турбине по адиабате от начального давления 8 МПа и температуры 500 °C до р2 = 100 кПа. Определить конечное состояние пара, изменение внутренней энергии и работу расширения.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >