1.6. Энтальпия и теплоемкость влажного воздуха

В инженерной практике теплоемкость сухого воздуха с_с.в. и водяного пара с_п в интервалах температур от 0ºС до 200ºС принято считать постоянными величинами и соответственно равными с_с.в. = 1,005 кДж/(кг∙ºС); с_п = 1,8 кДж/(кг∙ºС).

Принято считать, что при 0ºС энтальпия сухого воздуха равна 0, т. е. I_с.в.=0, тогда при произвольной температуре t энтальпия, кДж/кг, составит:

I_с.в.= с_с.в.t (19)

При 0ºС скрытая теплота парообразования r=2500 кДж/кг, тогда энтальпия пара при этой температуре будет соответствовать теплоте парообразования:

I_п.= r (20)

При произвольной температуре энтальпия пара, кДж/кг, определяется по зависимости:

I_п.= r + с_п t (21)

Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии сухого воздуха и энтальпии при соответствующем влагосодержании воздуха:

. (22)

В развернутом виде уравнение энтальпии влажного воздуха имеет вид:

. (23)

При подстановке в выражение (23) цифровых значений теплоемкости сухого воздуха, теплоемкости водяного пара и скрытой теплоты парообразования получаем

. (24)

Введем понятие теплоемкости влажного воздуха, преобразовав уравнение (23) по аналогии с выражением (19):

, (25)

где , (26)

. (27)

При анализе выражений (23)-(26) можно сделать следующие выводы.

1. При увлажнении воздуха изотермически водяным паром теплоемкость влажного воздуха изменяется за счет изменения влагосодержания, энтальпия изменяется за счет изменения теплоемкости и влагосодержания.

2. При нагреве или охлаждении влажного воздуха в поверхностных теплообменниках энтальпия влажного воздуха изменяется за счет изменения температуры.

Существенное влияние на свойства влажного воздуха оказывают примеси и пыль, так как каждый из этих компонентов в зависимости от процентного содержания в смеси имеет свои значения теплотехнических и физико-химических параметров.

Глава 2. I-d- диаграмма влажного воздуха

2.1. Структура I-d-диаграммы влажного воздуха

I-d диаграмма представляет собой графическую взаимосвязь основных параметров влажного воздуха: I, d, t, φ, Р_п.

По известным двум параметрам можно определить все остальные.

I-d диаграмма изображается в косоугольной системе координат с уклоном оси абсцисс на 135º (рис.5).

Рис. 5

Запишем выражение (24) для энтальпии точки 1 с соответствующей перегруппировкой слагаемых.

I₁ = 2,5d₁ + 1,005t₁ + 1,8∙10^-3t₁d₁ . (28)

Энтальпия точки 1 будет складываться из трех отрезков:

1.отрезок 2,5d₁ представляет собой расстояние от наклонной оси абсцисс до горизонтальной линии, выходящей из начала координат;

2.отрезок 1,005t₁ представляет собой расстояние от горизонтальной линии, выходящей из начала координат, до горизонтальной линии, выходящей из значения t₁ по оси ординат;

3.отрезок 1,8∙10^-3t₁d₁ представляет собой расстояние от горизонтальной линии, выходящей из t₁ до луча t₁=const, t₁d₁ и определяет непараллельность линий t =const, особенно эта непараллельность заметна в верхней части диаграммы при высоких температурах.

На поле диаграммы нанесены линии (рис.6)

Рис.6

Преобразуем уравнение (17) с учетом (18), тогда влагосодержание можно выразить через относительную влажность и парциальное давление в насыщенном состоянии:

. (29)

По таблицам Вукаловича или Ривкина можно определить значение давления насыщенного пара и температуры при этих давлениях.

Подставляя значения в выражение (29) можно найти положение точек φ=100%.

При произвольных значениях температуры находят значение линии φ=const.

Вертикальные линии на I-d диаграмме соответствуют d=const.

В нижней части диаграммы имеется переводная наклонная линия, с помощью которой определяются значения парциальных давлений водяного пара путем продолжения линий d=const до пересечения с переводной линией и далее по горизонтальной линии определяется парциальное давление водяного пара.

На I-d диаграмме линии, близкие к горизонтальным, характеризуют t=const.

При помощи I-d диаграммы можно определить значение температуры точки росы и значение температуры мокрого термометра.

Температура точки росы – температура, которую принимает влажный воздух при его охлаждении без массообмена (без конденсации по d=const) до полного насыщения (до φ=100%).

Температура мокрого термометра – температура, которую принимает влажный воздух при его изоэнтальпийном охлаждении (по J=const) без теплообмена с окружающей средой до полного насыщения (до φ=100%).