Definiți parametrii aer umed, precum și pentru a rezolva o serie de probleme practice legate de uscarea diverselor materiale, foarte convenabil într-un mod grafic cu i-d diagrame, propuse pentru prima dată de omul de știință sovietic L.K. Ramzin în 1918.

Construit pentru o presiune barometrică de 98 kPa. În practică, diagrama poate fi utilizată în toate cazurile de calcul al uscătoarelor, deoarece cu fluctuații normale ale presiunii atmosferice, valorile iȘi d schimba putin.

Graficul în coordonatele i-d este o interpretare grafică a ecuației entalpiei pentru aerul umed. Reflectă relația dintre principalii parametri ai aerului umed. Fiecare punct din diagramă evidențiază o stare cu parametri bine definiți. Pentru a găsi oricare dintre caracteristicile aerului umed, este suficient să cunoașteți doar doi parametri ai stării sale.

Diagrama I-d a aerului umed este construită într-un sistem de coordonate oblic. Pe axa y în sus și în jos de la punctul zero (i \u003d 0, d \u003d 0), valorile entalpiei sunt reprezentate și liniile i \u003d const sunt trasate paralele cu axa absciselor, adică , la un unghi de 135 0 față de verticală. În acest caz, izoterma 0 o C din regiunea nesaturată este situată aproape orizontal. În ceea ce privește scara pentru citirea conținutului de umiditate d, pentru comoditate, aceasta este coborâtă la o linie dreaptă orizontală care trece prin origine.

Curba presiunii parțiale a vaporilor de apă este de asemenea reprezentată pe diagrama i-d. În acest scop, se utilizează următoarea ecuație:

R p \u003d B * d / (0,622 + d),

Pentru valorile variabile ale lui d, obținem că, de exemplu, pentru d=0 P p =0, pentru d=d 1 P p = P p1 , pentru d=d 2 P p = P p2 etc. Având în vedere o anumită scară pentru presiuni parțiale, în partea inferioară a diagramei într-un sistem dreptunghiular de axe de coordonate, este trasată o curbă P p =f(d) în punctele indicate. După aceea, pe diagrama i-d sunt trasate linii curbe de umiditate relativă constantă (φ = const). Curba inferioară φ = 100% caracterizează starea aerului saturat cu vapori de apă ( curba de saturație).

De asemenea, linii drepte de izoterme (t = const) sunt construite pe diagrama i-d a aerului umed, care caracterizează procesele de evaporare a umidității, ținând cont de cantitatea suplimentară de căldură introdusă de apa având temperatura de 0°C.

În procesul de evaporare a umidității, entalpia aerului rămâne constantă, deoarece căldura preluată din aer pentru uscarea materialelor se întoarce înapoi la acesta împreună cu umiditatea evaporată, adică în ecuația:

i = i în + d*i p

O scădere în primul termen va fi compensată cu o creștere în al doilea termen. Pe diagrama i-d, acest proces merge de-a lungul liniei (i = const) și are numele condiționat al procesului evaporare adiabatică. Limita răcirii aerului este temperatura adiabatică a bulbului umed, care se regăsește pe diagramă ca temperatura punctului de intersecție a liniilor (i = const) cu curba de saturație (φ = 100%).

Sau cu alte cuvinte, dacă din punctul A (cu coordonatele i = 72 kJ / kg, d = 12,5 g / kg aer uscat, t = 40 ° C, V = 0,905 m 3 / kg aer uscat φ = 27%), emitând o anumită stare de aer umed, trageți în jos un fascicul vertical d = const, atunci va fi un proces de răcire a aerului fără modificarea conținutului de umiditate; valoarea umidității relative φ în acest caz crește treptat. Când acest fascicul continuă până când se intersectează cu curba φ = 100% (punctul „B” cu coordonatele i = 49 kJ/kg, d = 12,5 g/kg aer uscat, t = 17,5 °C, V = 0 ,84 m 3 / kg aer uscat j \u003d 100%), obținem cea mai scăzută temperatură t p (se numește temperatura punctului de rouă), la care aerul cu un anumit conținut de umiditate d este încă capabil să rețină vaporii într-o formă necondensată; o scădere suplimentară a temperaturii duce la pierderea umidității fie în suspensie (ceață), fie sub formă de rouă pe suprafețele gardurilor (pereți auto, produse), fie îngheț și zăpadă (conducte de evaporare ale mașinii frigorifice).

Dacă aerul în starea A este umidificat fără alimentare sau îndepărtare de căldură (de exemplu, de la o suprafață de apă deschisă), atunci procesul caracterizat de linia AC se va produce fără modificarea entalpiei (i = const). Temperatura t m la intersecția acestei linii cu curba de saturație (punctul „C” cu coordonatele i \u003d 72 kJ / kg, d \u003d 19 g / kg aer uscat, t \u003d 24 ° C, V \u003d 0,87 m 3 / kg aer uscat φ = 100%) și este temperatura bulbului umed.

Folosind i-d, este convenabil să analizați procesele care apar atunci când fluxurile de aer umed sunt amestecate.

De asemenea diagrama i-d aerul umed este utilizat pe scară largă pentru a calcula parametrii aerului condiționat, care este înțeles ca un set de mijloace și metode de influențare a temperaturii și umidității aerului.

În scopuri practice, cel mai important este să se calculeze timpul de răcire al încărcăturii folosind echipamentul disponibil la bordul navei. Deoarece capacitățile unei instalații de lichefiere a gazelor determină în mare măsură timpul de ședere a navei în port, cunoașterea acestor capacități va permite planificarea timpului de escală în avans, evitând timpii de oprire inutile și, prin urmare, pretențiile împotriva navei.

Diagrama Mollier. care este dat mai jos (Fig. 62), este calculat numai pentru propan, dar metoda de utilizare a acestuia pentru toate gazele este aceeași (Fig. 63).

Diagrama Mollier folosește o scară logaritmică de presiune absolută (R bustean) - pe axa verticală, pe axa orizontală h - scara naturală a entalpiei specifice (vezi Fig. 62, 63). Presiunea este în MPa, 0,1 MPa = 1 bar, deci vom folosi baruri în viitor. Entalpia specifică se măsoară în kJ/kg. În viitor, atunci când rezolvăm probleme practice, vom folosi în mod constant diagrama Mollier (dar doar reprezentarea schematică a acesteia pentru a înțelege fizica proceselor termice care au loc cu sarcina).

În diagramă se poate observa cu ușurință un fel de „rețea” formată de curbe. Limitele acestei „rețe” conturează curbele limită pentru modificarea stărilor agregate ale gazului lichefiat, care reflectă tranziția LICHIDULUI în abur saturat. Tot ceea ce este în stânga „plasei” se referă la lichid suprarăcit, iar tot ce este în dreapta „plasei” se referă la abur supraîncălzit (vezi Fig. 63).

Spațiul dintre aceste curbe reprezintă stări diferite ale unui amestec de vapori de propan saturat și lichid, reflectând procesul de tranziție de fază. Pe o serie de exemple, vom lua în considerare utilizarea practică * a diagramei Mollier.

Exemplul 1: Trasați o linie corespunzătoare unei presiuni de 2 bar (0,2 MPa) prin secțiunea diagramei care reflectă schimbarea de fază (Fig. 64).

Pentru a face acest lucru, determinăm entalpia pentru 1 kg de propan la fierbere la o presiune absolută de 2 bar.

După cum sa menționat mai sus, propanul lichid în fierbere este caracterizat de curba din stânga a diagramei. În cazul nostru, acesta va fi ideea A, Trecând dintr-un punct A linie verticală la scara A, determinăm valoarea entalpiei, care va fi de 460 kJ/kg. Aceasta înseamnă că fiecare kilogram de propan în această stare (la punctul de fierbere la o presiune de 2 bar) are o energie de 460 kJ. Prin urmare, 10 kg de propan vor avea o entalpie de 4600 kJ.

În continuare, determinăm valoarea entalpiei pentru aburul de propan saturat uscat la aceeași presiune (2 bar). Pentru a face acest lucru, trageți o linie verticală din punct ÎN până la intersecția cu scara entalpică. Ca urmare, constatăm că valoarea maximă a entalpiei pentru 1 kg de propan în faza de vapori saturati va fi de 870 kJ. În interiorul diagramei

* Pentru calcule se folosesc datele din tabelele termodinamice ale propanului (vezi Anexe).

Orez. 64. De exemplu 1 Fig. 65. Exemplul 2

La
entalpia efectivă, kJ/kg (kcal/kg)

Orez. 63. Curbele de bază ale diagramei Mollier

(Fig. 65) liniile îndreptate în jos din punctul în care se află starea critică a gazului reprezintă numărul de părți ale gazului și lichidului în faza de tranziție. Cu alte cuvinte, 0,1 înseamnă că amestecul conține 1 parte vapori de gaz și 9 părți lichid. În punctul de intersecție a presiunii vaporilor saturați și a acestor curbe, determinăm compoziția amestecului (uscăciunea sau umiditatea acestuia). Temperatura de tranziție este constantă pe tot parcursul procesului de condensare sau vaporizare. Dacă propanul este într-un sistem închis (tanc de marfă), sunt prezente atât faza lichidă, cât și cea gazoasă a mărfii. Temperatura unui lichid poate fi determinată din presiunea de vapori, iar presiunea de vapori din temperatura lichidului. Presiunea și temperatura sunt legate dacă lichidul și vaporii sunt în echilibru într-un sistem închis. Rețineți că curbele de temperatură situate în partea stângă a diagramei coboară aproape vertical, traversează faza de vaporizare în direcția orizontală, iar în partea dreaptă a diagramei coboară din nou aproape vertical.

Exemplul 2: Să presupunem că există 1 kg de propan în stadiul de schimbare de fază (o parte din propan este lichid și o parte este vapori). Presiunea vaporilor saturați este de 7,5 bari, iar entalpia amestecului (vapor-lichid) este de 635 kJ/kg.

Este necesar să se determine care parte din propan se află în fază lichidă și care este în fază gazoasă. Să punem pe diagramă înainte de toate mărimile cunoscute: presiunea vaporilor (7,5 bar) și entalpia (635 kJ/kg). Apoi, determinăm punctul de intersecție al presiunii și al entalpiei - se află pe curba, care este etichetată 0,2. Și asta, la rândul său, înseamnă că avem propan în stadiul de fierbere, iar 2 (20%) părți de propan sunt în stare gazoasă și 8 (80%) sunt în stare lichidă.

De asemenea, este posibil să se determine presiunea manometrică a unui lichid într-un rezervor a cărui temperatură este de 60 ° F sau 15,5 ° C (vom folosi tabelul termodinamic al propanului din apendice pentru a converti temperatura).

Trebuie amintit că această presiune este mai mică decât presiunea vaporilor saturați (presiunea absolută) cu valoarea presiunii atmosferice, egală cu 1,013 mbar. Pe viitor, pentru a simplifica calculele, vom folosi valoarea presiunii atmosferice egală cu 1 bar. În cazul nostru, presiunea vaporilor saturați, sau presiunea absolută, este de 7,5 bar, deci presiunea manometrică din rezervor va fi de 6,5 bar.

Orez. 66. Exemplul 3

S-a menționat deja mai devreme că lichidul și vaporii în stare de echilibru sunt într-un sistem închis la aceeași temperatură. Acest lucru este adevărat, dar în practică se poate observa că vaporii aflați în partea superioară a rezervorului (în dom) au o temperatură mult mai mare decât temperatura lichidului. Acest lucru se datorează încălzirii rezervorului. Cu toate acestea, o astfel de încălzire nu afectează presiunea din rezervor, care corespunde temperaturii lichidului (mai precis, temperatura de la suprafața lichidului). Vaporii direct deasupra suprafeței lichidului au aceeași temperatură ca și lichidul însuși de la suprafață, unde are loc schimbarea de fază a substanței.

După cum se poate observa din fig. 62-65, în diagrama Mollier, curbele de densitate sunt direcționate din colțul din stânga jos al diagramei „net” către colțul din dreapta sus. Valoarea densității de pe diagramă poate fi dată în Ib/ft 3 . Pentru conversia în SI, se utilizează un factor de conversie de 16,02 (1,0 Ib / ft 3 \u003d 16,02 kg / m 3).

Exemplul 3: În acest exemplu vom folosi curbele de densitate. Este necesar să se determine densitatea vaporilor de propan supraîncălziți la o presiune absolută de 0,95 bar și o temperatură de 49 ° C (120 ° F).
De asemenea, determinăm entalpia specifică a acestor vapori.

Soluția exemplului poate fi văzută din Figura 66.

În exemplele noastre, sunt utilizate caracteristicile termodinamice ale unui gaz, propanul.

În astfel de calcule pentru orice gaz, se vor schimba doar valorile absolute ale parametrilor termodinamici, dar principiul rămâne același pentru toate gazele. În cele ce urmează, pentru simplificare, mai mare acuratețe a calculelor și reducerea timpului, vom folosi tabele cu proprietățile termodinamice ale gazelor.

Aproape toate informațiile incluse în diagrama Mollier sunt prezentate sub formă de tabel.

CU
folosind tabele, puteți găsi valorile parametrilor încărcăturii, dar este dificil. Orez. 67. De exemplu 4 imaginați-vă cum decurge procesul. . răcire, dacă nu folosiți măcar un afișaj schematic al diagramei p- h.

Exemplul 4: Există propan într-un rezervor de marfă la o temperatură de -20 "C. Este necesar să se determine cât mai precis posibil presiunea gazului din rezervor la o temperatură dată. În continuare, este necesar să se determine densitatea și entalpia vaporilor și lichidului, precum și diferența" entalpia dintre lichid și vapori. Vaporii de deasupra suprafeței unui lichid sunt în saturație la aceeași temperatură cu lichidul însuși. Presiunea atmosferică este de 980 mlbar. Este necesar să construiți o diagramă Mollier simplificată și să afișați toți parametrii pe ea.

Folosind tabelul (vezi Anexa 1), determinăm presiunea vaporilor saturați de propan. Presiune absolută vaporii de propan la -20 ° C este de 2,44526 bar. Presiunea din rezervor va fi:

presiunea rezervorului (indicator sau manometru)

1,46526 bar

presiune atmosferică= 0,980 bar =

Presiune absolută

2,44526 bar

În coloana corespunzătoare densității lichidului, constatăm că densitatea propanului lichid la -20 ° C va fi de 554,48 kg / m 3. În continuare, găsim în coloana corespunzătoare densitatea vaporilor saturați, care este egală cu 5,60 kg / m 3. Entalpia lichidului va fi de 476,2 kJ/kg, iar cea a vaporilor - 876,8 kJ/kg. În consecință, diferența de entalpie va fi (876,8 - 476,2) = 400,6 kJ/kg.

Puțin mai târziu, vom lua în considerare utilizarea diagramei Mollier în calculele practice pentru a determina funcționarea instalațiilor de lichefiere.

Diagrama I-d a aerului umed a fost dezvoltată de omul de știință rus, profesorul L.K. Ramzin în 1918. În Occident, analogul diagramei I-d este diagrama Mollier sau diagrama psihrometrice. Diagrama I-d este utilizată în calculele sistemelor de aer condiționat, ventilație și încălzire și vă permite să determinați rapid toți parametrii schimbului de aer din cameră.

Diagrama I-d a aerului umed conectează grafic toți parametrii care determină starea termică și de umiditate a aerului: entalpia, conținutul de umiditate, temperatura, umiditatea relativă, presiunea parțială a vaporilor de apă. Utilizarea unei diagrame vă permite să afișați vizual procesul de ventilație, evitând calculele complexe folosind formule.

Proprietățile de bază ale aerului umed

Aerul din jurul nostru este un amestec de aer uscat și vapori de apă. Acest amestec se numește aer umed. Aerul umed este evaluat în funcție de următorii parametri principali:

• Temperatura aerului conform termometrului uscat tc, °C - caracterizează gradul de încălzire a acestuia;
• Temperatura aerului cu bulb umed tm, °C - temperatura la care trebuie răcit aerul pentru a deveni saturat, menținând în același timp entalpia inițială a aerului;
• Temperatura punctului de rouă a aerului tp, °C - temperatura la care aerul nesaturat trebuie răcit astfel încât să devină saturat, menținând în același timp un conținut constant de umiditate;
• Conținutul de umiditate al aerului d, g / kg - aceasta este cantitatea de vapori de apă în g (sau kg) per 1 kg din partea uscată a aerului umed;
• Umiditatea relativă j, % - caracterizează gradul de saturație a aerului cu vapori de apă. Acesta este raportul dintre masa vaporilor de apă conținută în aer și masa lor maximă posibilă în aer în aceleași condiții, adică temperatură și presiune, și exprimată ca procent;
• Stare saturată a aerului umed - o stare în care aerul este saturat cu vapori de apă până la limită, pentru aceasta j \u003d 100%;
• Umiditatea absolută a aerului e, kg / m 3 - aceasta este cantitatea de vapori de apă în g conținută în 1 m 3 de aer umed. Numeric umiditate absolută aerul este egal cu densitatea aerului umed;
• Entalpia specifică a aerului umed I, kJ/kg - cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi de la 0 ° C la o anumită temperatură o astfel de cantitate de aer umed, a cărui parte uscată are o masă de 1 kg. Entalpia aerului umed este suma entalpiei părții sale uscate și a entalpiei vaporilor de apă;
• Căldura specifică a aerului umed c, kJ / (kg.K) - căldura care trebuie cheltuită pe un kilogram de aer umed pentru a-i crește temperatura cu un grad Kelvin;
• Presiunea parțială a vaporilor de apă Pp, Pa - presiunea sub care vaporii de apă se află în aerul umed;
• Presiunea barometrică totală Pb, Pa este egală cu suma presiunilor parțiale ale vaporilor de apă și ale aerului uscat (conform legii lui Dalton).

Descrierea diagramei I-d

Axa ordonatelor diagramei arată valorile entalpiei I, kJ/kg din partea uscată a aerului; axa absciselor, îndreptată la un unghi de 135° față de axa I, arată valorile umidității conținutul d, g/kg din partea uscată a aerului. Câmpul diagramei este împărțit prin linii de valori constante ale entalpiei I = const și conținut de umiditate d = const. Are, de asemenea, linii de valori constante de temperatură t = const, care nu sunt paralele între ele: cu cât temperatura aerului umed este mai mare, cu atât izotermele acestuia deviază în sus. În plus față de liniile de valori constante ale lui I, d, t, liniile de valori constante ale umidității relative a aerului φ = const sunt reprezentate pe câmpul diagramei. În partea inferioară a diagramei I-d există o curbă cu axa y independentă. Relațiază conținutul de umiditate d, g/kg, de presiunea vaporilor de apă Rp, kPa. Axa y a acestui grafic este scara presiunii parțiale a vaporilor de apă Pp. Întregul câmp al diagramei este împărțit de linia j = 100% în două părți. Deasupra acestei linii este o zonă de aer umed nesaturat. Linia j = 100% corespunde stării aerului saturat cu vapori de apă. Mai jos este o zonă de aer suprasaturat (zona de ceață). Fiecare punct de pe diagrama I-d corespunde unei anumite stări de căldură și umiditate, iar linia de pe diagrama I-d corespunde procesului de tratare a aerului cu căldură și umiditate. Forma generală Diagramele I-d ale aerului umed sunt prezentate mai jos în anexă Fișier PDF potrivit pentru tipărirea în formate A3 și A4.

Construirea proceselor de tratare a aerului în sistemele de aer condiționat și ventilație pe diagrama I-d.

Procese de încălzire, răcire și amestecare a aerului

Pe diagrama I-d a aerului umed, procesele de încălzire și răcire a aerului sunt descrise prin raze de-a lungul liniei d-const (Fig. 2).

Orez. 2. Procesele de încălzire uscată și răcire a aerului pe diagrama I-d:

• V_1, V_2, - încălzire uscată;
• В_1, В_3 – răcire uscată;
• В_1, В_4, В_5 – răcire cu dezumidificare.

Procesele de încălzire uscată și răcire uscată cu aer se desfășoară în practică folosind schimbătoare de căldură (încălzitoare de aer, încălzitoare de aer, răcitoare de aer).

Dacă aerul umed din schimbătorul de căldură este răcit sub punctul de rouă, atunci procesul de răcire este însoțit de condens din aerul de pe suprafața schimbătorului de căldură, iar răcirea cu aer este însoțită de uscarea acestuia.

Având în vedere care este obiectul principal al procesului de ventilație, în domeniul ventilației este adesea necesară determinarea anumitor parametri ai aerului. Pentru a evita numeroase calcule, acestea sunt de obicei determinate de o diagramă specială, care se numește Id-ul diagramei. Vă permite să determinați rapid toți parametrii de aer din doi cunoscuți. Utilizarea unei diagrame vă permite să evitați calculele formulei și să afișați vizual procesul de ventilație. Un exemplu de ID de diagramă este afișat pe pagina următoare. Analogul diagramei Id din vest este Diagrama Mollier sau diagramă psicrometrică.

Designul diagramei, în principiu, poate fi oarecum diferit. O schemă generală tipică a diagramei Id este prezentată mai jos în Figura 3.1. Diagrama este un câmp de lucru în sistemul de coordonate oblic Id, pe care sunt trasate mai multe grile de coordonate și scale auxiliare de-a lungul perimetrului diagramei. Scala conținutului de umiditate este de obicei situată la marginea de jos a graficului, liniile de conținut constant de umiditate fiind linii drepte verticale. Liniile constantelor sunt linii drepte paralele, mergând de obicei la un unghi de 135° față de liniile verticale de conținut de umiditate (în principiu, unghiurile dintre liniile de entalpie și de conținut de umiditate pot fi diferite). Sistemul de coordonate oblic este ales pentru a crește aria de lucru a diagramei. Într-un astfel de sistem de coordonate, liniile de temperaturi constante sunt linii drepte care se deplasează cu o ușoară înclinare față de orizontală și ușor în evantai.

Câmpul de lucru al diagramei este limitat de linii curbe de umiditate relativă egală de 0% și 100%, între care sunt trasate linii cu alte valori de umiditate relativă egală cu un pas de 10%.

Scala de temperatură este de obicei situată pe marginea stângă a câmpului de lucru al diagramei. Valorile entalpiilor de aer sunt de obicei reprezentate sub curba F = 100. Valorile presiunilor parțiale sunt uneori aplicate de-a lungul marginii superioare a câmpului de lucru, uneori de-a lungul marginii inferioare sub scara conținutului de umiditate, alteori de-a lungul marginea dreaptă. În acest din urmă caz, pe diagramă este construită suplimentar o curbă auxiliară a presiunilor parțiale.

Determinarea parametrilor aerului umed pe diagrama Id.

Punctul de pe diagramă reflectă o anumită stare a aerului, iar linia - procesul de schimbare a stării. Definirea parametrilor aerului, care are o anumită stare, afișați de punctul A, este prezentată în Figura 3.1.