БИЛЕТ 12. 1) Политропные процессы обработки воздуха водой
1) Политропные процессы обработки воздуха водой
Обобщенная диаграмма политропных процессов.
Для анализа политропных процессов удобно пользоваться обобщенной диаграммой. На ней изображаются все изопроцессы и выделяются области, в пределах которых знаки сл агаемых I закона одинаковы.
Политропный процесс проходит при постоянной теплоемкости.
Основные термодинамические процессы — изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный,— если они протекают при постоянной удельной теплоемкости, являются частными случаями политропного процесса
уравнение политропы:
Источник
ПОЛИТРОПИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ТЕПЛО — И ВЛАГООБМЕНА ВОЗДУХА
Изменение состояния воздуха в вентиляционном процессе нередко связано с внесением в воздух или отнятием от него одновременно тепла и влаги. Таково изменение состояния воздуха в помещениях, где одновременно выделяются и явное тепло и водяные пары, в специальных установках, где воздух одновременно охлаждается и осушается, и во многих других случаях. При произвольном соотношении количеств тепла и влаги, ассимилируемых воздухом, изменение его состояния можно изобразить в I—с?-диаграмме линиями, имеющими различные направления. Если потоку воздуха, содержащего сухую часть в количестве G, кг/ч, передать Q’, кДж/ч (ккал/ч)*, тепла и W, кг/ч, влаги, то его энтальпия изменится на А/, кДж/кг (ккал/кг), так, что
А его влагосодержание изменится на Ad’, кг/кг, так, что
Отношение правых и левых частей уравнений (III.28) и (III,29)
* Здесь и далее в учебнике для мощности использованы две единицы системы СИ: кДж/ч — обозначение Q’ и Вт — обозначение Q Эти величины связаны между собой зависимостями.
Такое решение вызвано необходимостью использования традиционно сложившихся инженерных построений, в которых до последнего времени принимались единицы системы мкгсс.
Рис III.8. Показатель є двух параллельных лучей процессов изменения тепловлажност — ного состояния воздуха в /—^-диаграмме
Есть показатель направления луча процесса изменения состояния воздуха в /—^-диаграмме — угловой коэффициент є:
Отношение Q’/W в уравнении (III.30) связано с определенным отношением А//АйГ, в котором А/ и A d’ соответствуют приращениям ординаты и абсциссы при изображении этого процесса в /—^-диаграмме. Отношение (III.30) определяет угол наклона луча процесса изменения состояния воздуха.
Если в /—а?-диаграмме нанести два параллельных между собой отрезка 1—2 и 3—4, то, как это видно из подобия треугольников на рис. Ш.8, для них будут одинаковыми отношения
А следовательно, и показатель направления луча процесса е. Отсюда можно сделать вывод, что одному и тому же углу наклона прямой в /— d-диаграмме соответствуют процессы изменения тепловлажностного состояния воздуха с определенным соотношением ассимилированных количеств тепла и влаги. Для удобства построений на /—^-диаграмме, как было сказано, нанесены масштабные лучи угловых коэффициентов.
Изменение состояния воздуха в помещениях, а также при его обработке в специальных устройствах сводится к изменению его энтальпии, влагосодержания и других параметров. Зная начальное состояние и количество G воздуха, а также полные теплопоступления Q и влагопо — ступления W в воздух, можно, пользуясь угловым коэффициентом е и /—^-диаграммой, определить конечные параметры воздуха. В другом случае неизвестными при прочих известных данных могут быть количество воздуха, полное количество тепла, количество влаги и т. д. Политропический процесс с произвольным угловым коэффициентом є включает все возможные процессы изменения тепловлажностного состояния воздуха (см. рис. III.5).
Изовлажностный процесс нагрева соответствует
Изовлажностный процесс охлаждения соответствует
Процесс адиабатического увлажнения соответствует
Для процесса изотермического увлажнения по выражению (111.27) в системе СИ є»2,53, по выражению (111.27″) в системе МКГСС в «0,605.
Политропический процесс при произвольном значении & приближенно можно рассчитать, пользуясь формулой: в системе СИ
В системе МКГСС
§ 14. ПРОЦЕСС СМЕШЕНИЯ ВОЗДУХА
Рис. III.9. Изображение в I — d-диа — грамме процесса смешения двух масс воздуха разного состояния.
Наружный воздух, подаваемый в помещение, в ряде случаев предварительно смешивают с внутренним воздухом (происходит рециркуляция внутреннего воздуха). Возможны и другие случаи, связанные с перемешиванием масс воздуха разного состояния. Процесс смешения воз-
Рис. III. 10. Изображение в I—d-диаграмме процесса смерения воздуха при расположении точки смеси ниже линии Ф = 100%
Духа в /—^-диаграмме изображается прямой, соединяющей точки, соответствующие состоянию смешиваемых масс воздуха. Точка смеси всегда располагается на этой прямой и делит ее на отрезки, длины которых обратно пропорциональны смешиваемым количествам воздуха. Если смешать воздух состояния 1 (рис. III.9) в количестве G с воздухом состояния 2 в количестве nG, то точка смеси 3 разделит отрезок 1—2 или его проекции Д/і_2 и lSd-2 на части 1—3, 3—2 или Д/і-з, Д/3-2 и Д^і-з, Д^з-2 (см. рисунок), отношение длин которых равно:
3—2 Д/g____________________ 2 Ad3_2 nG п
Таким образом, чтобы найти точку смеси, нужно отрезок I—2 или его проекции разделить на п—1 часть и отложить от точки 1 одну часть, оставив п частей до точки 2. Такое построение определит положение точки смеси 3.
Возможен случай, когда точка смеси окажется в области ниже линии ф = 100%. Это значит, что при смешении будет образовываться туман (конденсация в мелкие капли водяных паров, содержащихся в воздухе). Если принять, что температура выпадающей влаги близка к температуре мокрого термометра, которой соответствует (/з’ = const) точка смеси 3′ (рис. III.10), то действительные параметры точки смеси 3 будут соответствовать пересечению линий /з,==:const и ф — 100% — Количество выпавшей из 1 кг воздуха влаги будет равно:
Источник
Процессы тепловлажностной обработки воздуха
а) Процессы тепловлажностной обработки влажного воздуха изобра
Нагрев воздуха. Нагрев воздуха в поверхностных теплообменных аппаратах происходит при d=const (процесс 1–2). Относительная влажность воздуха при нагреве от t1 до t2 снижается от φ1 до φ2 и его ассимилирующая способность увеличивается.
Расход тепла на нагрев 1 кг воздуха:
Охлаждение воздуха. Охлаждение воздуха до температуры выше температуры точки росы (tтр), происходит также при постоянном влагосодержании (процесс 1-2′). При охлаждении до температуры ниже температуры точки росы процесс идет по линии φ=100%, а влагосодержание воздуха уменьшается (d3
б) Тепло- и влагообмен между воздухом и водой
Уравнение теплообмена между воздухом и водой при непосредственном контакте определяется из уравнения теплового баланса, при условии отсутствия теплообмена с окружающей средой:
где W – расход воды, вступающей в контакт с воздухом;
cw – удельная массовая теплоемкость воды;
twк, twн – температура воды на выходе и входе в аппарат.
Разделив обе части уравнения (8.12) на L, получим:
Отношение W/L=μ называется коэффициентом орошения и показывает, какое количество воды, приходится на 1 кг воздуха.
Интенсивность теплообмена между воздухом и водой зависит от температуры воздуха по мокрому термометру. Зависимость энтальпии воздуха от его температуры по мокрому термометру можно представить в следующем виде:
где tм1, tм2 – температура воздуха по мокрому термометру на входе и выходе аппарата.
Передача теплоты при явном теплообмене (qя) может происходить при разности температур путем теплопроводности, конвективного теплообмена и излучением, причем теплопроводностью и излучением можно пренебречь. Скрытый теплообмен (qс) определяется теплотой парообразования (r). Тогда полное количество теплоты:
где β – коэффициент влагообмена;
В результате получаем уравнение, определяющее угловой коэффициент прямой, проходящей через точку (в), характеризующую начальное состояние воздуха и через точку (w), характеризующую состояние воздуха при температуре воды tw и относительной влажности воздуха φ=100 %:
Возможные направления процессов взаимодействия воздуха с водой представляются линиями, расположенными в области криволинейного треугольника АБВ, у которого одной стороной является кривая φ=100 %, а двумя другими – касательные к этой кривой проведенные из точки А, характеризующей начальное состояние воздуха. В зависимости от температуры воды процессы взаимодействия воздуха и воды изображаются линиями, расположенными в различных областях, отделенных характерными линиями (см. рисунок 8.4):
– tw = tА – температура воды равна температуре воздуха по сухому термометру (линия tА = const);
– tw = tм – температура воды равна температуре воздуха по мокрому термометру (линия tм = const или IА = const);
– tw = tтр – температура воды равна температуре точки росы (линия dА = const).
Область А-Б-1 – характеризуется условием tw > tА (в том числе, при увлажнении воздуха паром).
Область А-1-2 – характеризуется условием tА > tw > tм.
Область А-2-3 – характеризуется условием tм > tw > tтр.
Область А-3-В – характеризуется условием tw
Источник
ТЕПЛОВЛАЖНОСТНАЯ ОБРАБОТКА ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
В технике кондиционирования применяются различные процессы обработки воздуха: нагревание, охлаждение, увлажнение и осушение. Схема обработки зависит от начальных и конечных параметров обрабатываемого воздуха. Например, в холодный период года, когда влагосодержание наружного воздуха мало, требуется увлажнять обрабатываемый воздух. К тому же из-за низкой температуры приходится нагревать воздух или, если это допустимо, смешивать с рециркуляционным. В теплый период года может потребоваться осушать обрабатываемый воздух и снижать его температуру.
В соответствии с назначением аппараты и устройства для кондиционирования воздуха подразделяются на следующие классы:
аппараты и устройства для тепловлажностной обработки воздуха (охладители, подогреватели, увлажнители, осушители);
аппараты для очистки воздуха от пыли (фильтры);
устройства для транспортировки и распределения воздуха в помещении (вентиляторы и воздухораспределители).
В некоторых СКВ используются тепломассообменные аппараты. Применяются как поверхностные, так и контактные аппараты.
Основное оборудование для систем кондиционирования компонуется по одному из следующих вариантов:
центральные кондиционеры, собранные из отдельных секций воздухообрабатывающего оборудования (вентиляторной, охлаждения, нагрева, увлажнения, фильтрации, шумоглушения и теплоутилизации);
шкафные автономные кондиционеры;
доводочные аппараты для нагревания, охлаждения, увлажнения и осушения воздуха.
Аппараты контактного типа.
В контактных аппаратах процессы тепло-и массообмена протекают при непосредственном контакте воздуха и воды. Для тепловлажностной обработки воздуха водой в технике кондиционирования применяют различные контактные аппараты. Конструктивно аппараты отличаются друг от друга методами образования развитой поверхности контакта между воздухом и водой.
Основные типы контактных аппаратов.
1. Форсуночные камеры, в которых поверхность контакта воздуха с водой образуется дроблением воды на капли с помощью механических распылителей воды (обычно форсунок). Проходящий через камеры воздух взаимодействует с поверхностью многочисленных капель, вылетающих из форсунок.
2. Аппараты с орошаемой насадкой, в которых тепловлажностная обработка воздуха в камерах осуществляется в результате его взаимодействия с пленкой воды, омывающей пористый материал орошаемого слоя.
3. Пенные аппараты, в которых создается водовоздушная эмульсия или пена вследствие пропуска под давлением потока воздуха через слой воды. Поверхностью взаимодействия воздуха с водой в этом случае ‑ поверхность воды, находящейся в совместном движении с раздробленным потоком воздуха.
4. Пленочные камеры, в которых поверхность контакта воздуха с водой образуется пленкой воды, стекающей по пластинам, расположенным в камере вертикально; воздух проходит между пластинами горизонтально.
Устройства, использующие различные принципы контакта между воздухом и водой, показаны на рис. 16. Каждый из упомянутых типов контактных аппаратов имеет свои достоинства и недостатки.
Вода, подаваемая в контактный аппарат, должна соответствовать требованиям государственных стандартов на питьевую воду. Микроорганизмы, содержащиеся в воздухе, попадают в воду, и поэтому требуется периодическая смена воды. Коррозия элементов камеры приводит к попаданию в воду различных окислов.
Достоинства контактных аппаратов:
1. Возможность осуществлять в них самые различные процессы тепловлажностной обработки воздуха водой: охлаждение с осушением воздуха, охлаждение с увлажнением, нагрев с увлажнением и др. (рис. 7).
2. Очистка воздуха от пыли и бактерий, а также от некоторых газов, которые растворяются в воде.
3. Ионизация воздуха в результате образования легких отрицательных ионов вследствие баллоэлектрического эффекта.
Форсуночная камера. В корпусе камеры помещается оросительное устройство с форсунками, разбрызгивающими воду на мелкие капли. Воздух, проходящий через камеру, взаимодействует с поверхностью капель воды. В настоящее время форсуночные камеры выпускают с оросительными устройствами двух типов: с форсунками, размещенными на вертикальных стояках (рис. 16, а); с форсунками, размещенными на горизонтальном коллекторе, расположенном в верхней части камеры (рис. 16, б). В этом случае для вторичного дробления капель под форсунками предусмотрены два яруса сеток. Для осуществления политропных процессов тепловлажностной обработки воздуха рекомендуется применять камеру орошения с большей плотностью расположения форсунок, а при адиабатных процессах − с меньшей. Вода в форсунки подается насосом.
В зависимости от принятой схемы процесса обработки воздуха используется вода либо с постоянной температурой из водопровода, либо после охлаждения в холодильных машинах, либо используется рециркуляционная вода. После кондиционера вода направляется в канализацию, на охлаждение или частично на подмешивание к холодной воде, подаваемой к форсункам.
В случае адиабатного процесса взаимодействия с воздухом воду из поддона камеры можно вновь подать на форсунки. Для очистки воды, забираемой из поддона камеры, предусмотрен фильтр, который устанавливается непосредственно в поддоне. Для охлаждения и осушки воздуха на форсунки подается холодная вода с постоянной температурой.
Для того, чтобы предотвратить унос капель воды потоком воздуха, на выходе из оросительного пространства устанавливают каплеотделитель. Он представляет собой набор зигзагообразно изогнутых листов, перекрывающих поперечное сечение камеры так, что образуются извилистые проходы для воздуха. Капли, осевшие на поверхностях листов, стекают в поддон. Каплеотделитель, расположенный на входе в оросительное пространство камеры, предназначен для защиты от капель воды устройств, установленных до форсуночной камеры. Входной каплеотделитель также выравнивает поток воздуха, поступающего в оросительное пространство. Тонкость распыла воды зависит от диаметра выходного отверстия форсунки и давления воды в форсунке. С увеличением давления и уменьшением диаметра выходного отверстия форсунки относительная масса мельчайших капель увеличивается. Размер капель и относительная масса мелких капель имеют весьма существенное значение в процессах тепловлагообмена, происходящих в камере. Мелкие капли сравнительно больше времени находятся в потоке воздуха и, обладая меньшей массой, принимают в процессе охлаждения воздуха более высокую температуру по сравнению с крупными каплями. Вследствие этого мельчайшие капли испаряются, и воздух увлажняется. Охлаждать и осушать воздух рекомендуется форсунками, которые обеспечивают более крупный распыл воды. Расход воды через форсунки зависит от давления воды перед форсунками.
Камеры с орошаемой насадкой(рис. 16, в). Схема подачи воды на орошаемый слой зависит от характера обработки воздуха. Для адиабатного увлажнения воздуха осуществляют циркуляцию воды по замкнутому кругу: поддон − насос − орошаемый слой. Вода быстро принимает и в дальнейшем сохраняет постоянную температуру, близкую к температуре по мокрому термометру. При охлаждении и осушке воздуха на орошаемый слой подается вода с постоянной температурой из холодильного центра или из других источников. Вода из поддона направляется на охлаждение или в канализацию. На выходе из камеры располагается каплеотделитель, выполняемый иногда из того же материала, что и орошаемый слой. Для изготовления орошаемых насадок применяют такие материалы, с помощью которых можно создать пористые слои, обладающие большой удельной поверхностью, большим свободным объемом и большим живым сечением для прохода воздуха, достаточной механической прочностью и долговечностью. Эффективность тепловлажностной обработки воздуха в камерах с орошаемой насадкой зависит от гидродинамических условий взаимодействия пленки волы, стекающей по поверхности орошаемого слоя, и воздушного потока, движущегося навстречу пленке. В зависимости от расходов воды и воздуха в орошаемой насадке могут наблюдаться три основных режима движения: режим раздельного течения воды и воздуха (или пленочный), промежуточный режим (или режим турбулизации пленки) и режим совместного движения воды и воздуха (или режим эмульгирования).
Достоинства камер с орошаемой насадкой: высокая эффективность тепло-и влагообмена при сравнительно низких коэффициентах орошения и давлении воды; малые габаритные размеры камер; дополнительная очистка воздуха; сравнительно низкое аэродинамическое сопротивление.
Аппараты пенного типа(рис. 16, г). Развитая поверхность контакта воздуха с водой в аппаратах пенного типа создается в результате образования водовоздушной эмульсии (пены) путем пропуска потока воздуха через слой воды. Поверхность взаимодействия воздуха с водой имеет очень сложную форму, которую приобретает вода, находящаяся в совместном движении с диспергированным потоком воздуха. По способу образования пены различают аппараты полочные, циклонно-пенные и ударно-пенные. Ударно-пенные аппараты представляют собой цилиндр, нижняя часть которого заполняется водой. Внутри цилиндра расположена труба, по которой на поверхность воды направляется поток воздуха со скоростью 15…25 м/с. Под воздействием воздушного потока часть воды поднимается в реактивное пространство аппарата, поддерживается воздухом во взвешенном состоянии и, перемещаясь с воздухом, образует водовоздушную эмульсию (пену). Подвижная водовоздушная эмульсия может занимать весь объем реактивного пространства. Высота и подвижность слоя пены в реактивном пространстве зависит от уровня воды в корпусе и скорости воздуха на выходе из сопла и в сечении реактивной камеры. Вода подается в аппарат без разбрызгивания. Уровень воды в аппарате поддерживается регулятором уровня, снабженного поплавковым клапаном и переливным устройством. При адиабатном увлажнении воздуха вода в аппарате не меняется. В этом случае требуется только пополнение испарившейся воды. При охлаждении и осушке воздуха в аппарат подается холодная вода. Отепленная вода из аппарата возвращается в холодильный центр.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Источник
