Διάλεξη DRYING.

Η ξήρανση είναι η διαδικασία αφαίρεσης της υγρασίας από τα στερεά με εξάτμισή της και αφαιρώντας τους ατμούς που προκύπτουν.

Συχνά προηγείται θερμική ξήρανση μηχανικές μεθόδουςαπομάκρυνση της υγρασίας (συμπίεση, καθίζηση, διήθηση, φυγοκέντρηση).

Σε όλες τις περιπτώσεις, η ξήρανση με τη μορφή ατμών απομακρύνει το πτητικό συστατικό (νερό, οργανικός διαλύτης κ.λπ.)

Σύμφωνα με τη φυσική ουσία, το στέγνωμα είναι μια διαδικασία κοινής θερμότητας, μεταφοράς μάζας και μειώνεται στη μετακίνηση υγρασίας υπό την επίδραση θερμότητας από το βάθος του ξηρού υλικού στην επιφάνειά του και στην επακόλουθη εξάτμισή του. Κατά τη διαδικασία της ξήρανσης, ένα υγρό σώμα τείνει σε κατάσταση ισορροπίας με περιβάλλον, επομένως η θερμοκρασία και η περιεκτικότητά του σε υγρασία είναι γενικά συνάρτηση του χρόνου και των συντεταγμένων.

Στην πράξη, η έννοια χρησιμοποιείται υγρασία v, το οποίο ορίζεται ως:

(5.2)

Αν τότε

Σύμφωνα με τη μέθοδο παροχής θερμότητας, υπάρχουν:

Συναγωγική ξήρανση, που πραγματοποιείται με άμεση επαφή του υλικού και του ξηραντικού.

Στέγνωμα επαφής (αγώγιμο), θερμότητα μεταφέρεται στο υλικό μέσω του τοίχου που τα χωρίζει.

Ξήρανση με ακτινοβολία - με μεταφορά θερμότητας με υπέρυθρη ακτινοβολία.

Ξήρανση με κατάψυξη, κατά την οποία η υγρασία αφαιρείται από το υλικό σε παγωμένη κατάσταση (συνήθως σε κενό).

Διηλεκτρική ξήρανση, κατά την οποία το υλικό ξηραίνεται στο πεδίο ρευμάτων υψηλής συχνότητας.

Με οποιαδήποτε μέθοδο ξήρανσης, το υλικό έρχεται σε επαφή με υγρό αέρα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το νερό αφαιρείται από το υλικό, επομένως συνήθως εξετάζεται το ενδεχόμενο ενός συστήματος ξηρού αέρα-υδατού.

Παράμετροι υγρός αέρας.

Ένα μείγμα ξηρού αέρα και υδρατμών είναι υγρός αέρας. Παράμετροι υγρού αέρα:

Σχετική και απόλυτη υγρασία.

Θερμοχωρητικότητα και ενθαλπία.

Υγρός αέρας, στο χαμηλό ΠΚαι Τ,μπορεί να θεωρηθεί ένα δυαδικό μείγμα ιδανικών αερίων - ξηρού αέρα και υδρατμών. Τότε, σύμφωνα με το νόμο του Dalton, μπορούμε να γράψουμε:

(5.3)

όπου Π– πίεση μίγματος ατμού-αερίου , σ γ ζείναι η μερική πίεση του ξηρού αέρα, είναι η μερική πίεση των υδρατμών.

Δωρεάν ή υπέρθερμος ατμός - δίνεται T και Rδεν συμπυκνώνεται. Η μέγιστη δυνατή περιεκτικότητα ατμών στο αέριο, πάνω από το οποίο συμβαίνει συμπύκνωση, αντιστοιχεί σε συνθήκες κορεσμού σε ένα ορισμένο Τκαι μερική πίεση .

Διακρίνετε την απόλυτη, τη σχετική υγρασία και την περιεκτικότητα σε υγρασία του αέρα.

Απόλυτη υγρασίαείναι η μάζα των υδρατμών ανά μονάδα όγκου υγρού αέρα (kg / m 3). Η έννοια της απόλυτης υγρασίας συμπίπτει με την έννοια της πυκνότητας ατμών σε θερμοκρασία T και μερική πίεση .

Σχετική υγρασίαείναι ο λόγος της ποσότητας υδρατμών στον αέρα προς τη μέγιστη δυνατή, υπό δεδομένες συνθήκες, ή ο λόγος της πυκνότητας των ατμών υπό δεδομένες συνθήκες προς την πυκνότητα των κορεσμένων ατμών υπό τις ίδιες συνθήκες:

Σύμφωνα με την εξίσωση κατάστασης ενός ιδανικού αερίου Mendeleev - Klaiperon για ατμό σε ελεύθερη και κορεσμένη κατάσταση, έχουμε:

Και (5.5)

Εδώ το M p είναι η μάζα ενός mol ατμού σε kg, το R είναι η σταθερά του αερίου.

Λαμβάνοντας υπόψη το (5.5), η εξίσωση (5.4) παίρνει τη μορφή:

Η σχετική υγρασία καθορίζει την περιεκτικότητα σε υγρασία του ξηραντικού παράγοντα (αέρας).

Εδώ Γ Πείναι η μάζα (ρυθμός ροής μάζας) του ατμού, L είναι η μάζα (ρυθμός ροής μάζας) του απολύτως ξηρού αερίου. Εκφράζουμε τις ποσότητες G P και L μέσω της εξίσωσης κατάστασης ενός ιδανικού αερίου:

,

Στη συνέχεια η σχέση (5.7) μετατρέπεται στη μορφή:

(5.8)

Μάζα 1 mole ξηρού αέρα μέσα κιλό.

Παρουσιάζοντας και λαμβάνοντας υπόψη παίρνουμε:

(5.9)

Για σύστημα αέρος-υδροατμού , . Τότε έχουμε:

(5.10)

Έτσι, έχει δημιουργηθεί μια σχέση μεταξύ της περιεκτικότητας σε υγρασία x και της σχετικής υγρασίας φ του αέρα.

Ειδική θερμότηταΤο υγρό αέριο λαμβάνεται ως πρόσθετη θερμοχωρητικότητα ξηρού αερίου και ατμού.

Ειδική θερμότητα υγρού αερίου ντο, αναφέρεται σε 1 kg ξηρού αερίου (αέρα):

(5.11)

όπου είναι η ειδική θερμότητα του ξηρού αερίου, η ειδική θερμότητα του ατμού.

Ειδική θερμοχωρητικότητα, που αναφέρεται στο 1 κιλόμίγμα ατμών-αερίου:

(5.12)

Συνήθως χρησιμοποιείται σε υπολογισμούς από.

Ειδική ενθαλπία υγρού αέρα Hαναφέρεται σε 1 kg απόλυτα ξηρού αέρα και προσδιορίζεται σε μια δεδομένη θερμοκρασία αέρα T ως το άθροισμα των ενθαλπιών του απολύτως ξηρού αέρα και των υδρατμών:

(5.13)

Η ειδική ενθαλπία του υπέρθερμου ατμού προσδιορίζεται από την ακόλουθη έκφραση.

Ξήρανσηείναι η διαδικασία αφαίρεσης της υγρασίας από τα υλικά.

Η υγρασία μπορεί να αφαιρεθεί μηχανικά(συμπίεση, φιλτράρισμα, φυγοκέντρηση) ή θερμικόςδηλ. με εξάτμιση της υγρασίας και απομάκρυνση των ατμών που προκύπτουν.

Στη φυσική της ουσία, η ξήρανση είναι ένας συνδυασμός διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας που σχετίζονται μεταξύ τους. Η απομάκρυνση της υγρασίας κατά την ξήρανση μειώνεται στη μετακίνηση της θερμότητας και της υγρασίας στο εσωτερικό του υλικού και στη μεταφορά τους από την επιφάνεια του υλικού στο περιβάλλον.

Σύμφωνα με τη μέθοδο παροχής θερμότητας στο αποξηραμένο υλικό, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι ξήρανσης:

– συναγωγική ξήρανση- άμεση επαφή του αποξηραμένου υλικού με ένα μέσο ξήρανσης, το οποίο χρησιμοποιείται συνήθως ως θερμαινόμενος αέρας ή καυσαέρια (συνήθως αναμεμειγμένο με αέρα).

– στέγνωμα επαφής- μεταφορά θερμότητας από το ψυκτικό στο υλικό μέσω του τοίχου που τα χωρίζει.

– ξήρανση με ακτινοβολία- μεταφορά θερμότητας με υπέρυθρες ακτίνες.

– διηλεκτρική ξήρανση– θέρμανση στον τομέα των ρευμάτων υψηλής συχνότητας.

– λυοφιλίωση– στέγνωμα σε παγωμένη κατάσταση υπό υψηλό κενό.

Μορφή δεσμού υγρασίας στο υλικό

Ο μηχανισμός της διαδικασίας ξήρανσης καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη μορφή του δεσμού υγρασίας με το προϊόν: όσο ισχυρότερος είναι αυτός ο δεσμός, τόσο πιο δύσκολη είναι η διαδικασία ξήρανσης. Η διαδικασία αφαίρεσης της υγρασίας από το προϊόν συνοδεύεται από παραβίαση της σύνδεσής του με το προϊόν, η οποία απαιτεί μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας.

Όλες οι μορφές επικοινωνίας της υγρασίας με το προϊόν χωρίζονται σε τρεις μεγάλες ομάδες: χημικός δεσμός, φυσικοχημικός δεσμός, φυσικομηχανικός δεσμός. Κατά τη διαδικασία ξήρανσης των προϊόντων διατροφής, κατά κανόνα, αφαιρείται φυσικοχημικά και φυσικομηχανικά δεσμευμένη υγρασία.

Χημικά συνδεδεμένο νερό συγκρατείται πιο σταθερά και δεν αφαιρείται όταν το υλικό θερμαίνεται στους 120 ... 150 ° C. Η χημικά δεσμευμένη υγρασία είναι πιο σταθερά προσκολλημένη στο προϊόν και μπορεί να αφαιρεθεί μόνο με θέρμανση του υλικού σε υψηλές θερμοκρασίες ή με χημική αντίδραση. Αυτή η υγρασία δεν μπορεί να αφαιρεθεί από το προϊόν κατά την ξήρανση.

Φυσικο-μηχανική δεσμευμένη υγρασία είναι το υγρό στα τριχοειδή αγγεία και το υγρό διαβροχής.

Η υγρασία στα τριχοειδή αγγεία υποδιαιρείται σε υγρασία μακροτριχοειδήΚαι μικροτριχοειδή. Τα μακροτριχοειδή γεμίζουν με υγρασία σε άμεση επαφή με το υλικό. Η υγρασία εισέρχεται στα μικροτριχοειδή τόσο με άμεση επαφή όσο και ως αποτέλεσμα της απορρόφησής της από το περιβάλλον.

Φυσικοχημικός δεσμός συνδυάζει δύο τύπους υγρασίας: προσρόφησηΚαι οσμωτικάδεσμευμένη υγρασία. Η υγρασία προσρόφησης συγκρατείται σταθερά στην επιφάνεια και στους πόρους του σώματος. Οσμωτικά δεσμευμένη υγρασία, που ονομάζεται επίσης υγρασία διόγκωσης, βρίσκεται μέσα στα κύτταρα του υλικού και συγκρατείται από οσμωτικές δυνάμεις. Προσρόφηση υγρασίααπαιτεί πολύ περισσότερη ενέργεια για την απομάκρυνσή του από τη διόγκωση της υγρασίας.

Βασικές παράμετροι υγρού αέρα

Κατά τη συναγωγή ξήρανσης, ο φορέας θερμότητας (ξηραντικός παράγοντας) μεταφέρει θερμότητα στο προϊόν και αφαιρεί την υγρασία που εξατμίζεται από το προϊόν. Έτσι, ο ξηραντικός παράγοντας παίζει το ρόλο ενός φορέα θερμότητας και υγρασίας. Η κατάσταση του υγρού αέρα χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους: βαρομετρική πίεση και μερική πίεση ατμών, απόλυτη και σχετική υγρασία, περιεκτικότητα σε υγρασία, πυκνότητα, ειδικός όγκος, θερμοκρασία και ενθαλπία.Γνωρίζοντας τις τρεις παραμέτρους του υγρού αέρα, μπορείτε να βρείτε όλες τις άλλες.

Η απόλυτη σημασία του αέρα ονομάζεται μάζα υδρατμών σε 1 m 3 υγρού αέρα (kg / m 3).

Σχετική υγρασία , δηλ. βαθμό κορεσμού αέρα  , είναι ο λόγος της απόλυτης υγρασίας προς τη μέγιστη δυνατή μάζα υδρατμών (
), το οποίο μπορεί να περιέχεται σε 1 m 3 υγρού αέρα υπό τις ίδιες συνθήκες (θερμοκρασία και βαρομετρική πίεση),

, δηλ.
100. (1)

Η μάζα των υδρατμών, kg, που περιέχεται στον υγρό αέρα και ανά 1 kg απόλυτα ξηρού αέρα ονομάζεται περιεκτικότητα σε υγρασία του αέρα:

, (2)

Ενθαλπία ΕγώΟ υγρός αέρας αναφέρεται σε 1 kg απόλυτα ξηρού αέρα και προσδιορίζεται σε μια δεδομένη θερμοκρασία αέρα t°C ως το άθροισμα των ενθαλπιών του απολύτως ξηρού αέρα
και υδρατμούς
(J/kg ξηρός αέρας):

, (3)

όπου από r.v– μέση ειδική θερμοχωρητικότητα του απολύτως ξηρού αέρα, J/(kgK); Εγώ nείναι η ενθαλπία των υδρατμών, kJ/kg.

Εγώ  ρε -διάγραμμα υγρού αέρα.Οι κύριες ιδιότητες του υγρού αέρα μπορούν να προσδιοριστούν χρησιμοποιώντας Εγώ Χ-διάγραμμα, που αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από τον L.K. Ramzin το 1918. Διάγραμμα Εγώ-Χ(Εικ. 1) κατασκευασμένο για σταθερή πίεση R= 745 mm Hg Τέχνη. (περίπου 99 kN / m 2).

Στον κατακόρυφο άξονα των τεταγμένων, η ενθαλπία απεικονίζεται σε μια ορισμένη κλίμακα Εγώ, και στον άξονα της τετμημένης - περιεκτικότητα σε υγρασία ρε. Ο άξονας της τετμημένης βρίσκεται υπό γωνία 135 ως προς τον άξονα τεταγμένων (για να αυξηθεί το τμήμα εργασίας του πεδίου του γραφήματος και η ευκολία περιστροφής των καμπυλών  = const).

Οι γραμμές στο διάγραμμα είναι:

σταθερή περιεκτικότητα σε υγρασία (ρε= const) είναι κάθετες γραμμές παράλληλες στον άξονα y.

σταθερή ενθαλπία ( Εγώ\u003d const) - ευθείες γραμμές παράλληλες προς τον άξονα της τετμημένης, δηλαδή, που πηγαίνουν υπό γωνία 135 ° προς τον ορίζοντα.

σταθερές θερμοκρασίες ή ισόθερμες (t= const);

σταθερή σχετική υγρασία (  = const);

μερικές πιέσεις υδρατμών R Πσε υγρό αέρα, οι τιμές του οποίου απεικονίζονται στην κλίμακα στον δεξιό άξονα y του διαγράμματος.

Ρύζι. ένας. Εγώ–ρε-διάγραμμα

Ο ατμοσφαιρικός αέρας, άρα και ο αέρας των εσωτερικών χώρων, περιέχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα υδρατμών.

Η ποσότητα υγρασίας σε γραμμάρια που περιέχεται σε 1 m 3 αέρα ονομάζεται ογκομετρική συγκέντρωση ατμών ή απόλυτη υγρασία f σε g / m 3. Οι υδρατμοί, που αποτελούν μέρος του μείγματος ατμού-αέρα, καταλαμβάνουν τον ίδιο όγκο v με το ίδιο το μείγμα. θερμοκρασία T του ατμού και του μείγματος είναι η ίδια.

Το ενεργειακό επίπεδο των μορίων υδρατμών που περιέχονται στον υγρό αέρα εκφράζεται από τη μερική πίεση e

όπου M e είναι η μάζα των υδρατμών, kg. μ m - μοριακό βάρος, kg / mol: R - καθολική σταθερά αερίου, kg-m / deg mol, ή mm Hg. st m 3 / deg mol.

Η φυσική διάσταση της μερικής πίεσης εξαρτάται από τις μονάδες στις οποίες εκφράζονται η πίεση και ο όγκος, οι οποίες περιλαμβάνονται στην καθολική σταθερά αερίου.

Εάν η πίεση μετριέται σε kg/m2, τότε η μερική πίεση έχει την ίδια διάσταση. κατά τη μέτρηση της πίεσης σε mm Hg. Τέχνη. Η μερική πίεση εκφράζεται στις ίδιες μονάδες.

Στη θερμοφυσική κτιρίων, για τη μερική πίεση των υδρατμών, συνήθως λαμβάνεται η διάσταση που εκφράζεται σε mm Hg. Τέχνη.

Η τιμή της μερικής πίεσης και η διαφορά μεταξύ αυτών των πιέσεων σε παρακείμενα τμήματα του εξεταζόμενου συστήματος υλικών χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της διάχυσης υδρατμών στο εσωτερικό του κελύφους του κτιρίου. Η τιμή της μερικής πίεσης δίνει μια ιδέα για την ποσότητα και την κινητική ενέργεια των υδρατμών που περιέχονται στον αέρα. αυτή η ποσότητα εκφράζεται σε μονάδες που μετρούν την πίεση ή την ενέργεια του ατμού.

Το άθροισμα των μερικών πιέσεων ατμού και αέρα είναι ίσο με τη συνολική πίεση του μείγματος ατμού-αέρα

Η μερική πίεση των υδρατμών, καθώς και η απόλυτη υγρασία του μίγματος ατμού-αέρα, δεν μπορούν να αυξάνονται επ' αόριστον στον ατμοσφαιρικό αέρα με συγκεκριμένη θερμοκρασία και βαρομετρική πίεση.

Η οριακή τιμή της μερικής πίεσης E σε mm Hg. Τέχνη. αντιστοιχεί στον πλήρη κορεσμό του αέρα με υδρατμούς F max σε g/m 3 και στην εμφάνιση συμπύκνωσης του, που συνήθως συμβαίνει σε επιφάνειες υλικού δίπλα σε υγρό αέρα ή στην επιφάνεια σωματιδίων σκόνης και αερολυμάτων που περιέχονται σε αυτό σε εναιώρηση.

Η συμπύκνωση στην επιφάνεια των περιβλημάτων του κτιρίου συνήθως προκαλεί ανεπιθύμητη διαβροχή αυτών των δομών. Η συμπύκνωση στην επιφάνεια των αερολυμάτων που αιωρούνται σε υγρό αέρα σχετίζεται με τον ελαφρύ σχηματισμό ομίχλης σε μια ατμόσφαιρα μολυσμένη με βιομηχανικές εκπομπές, αιθάλη και σκόνη. Απόλυτες τιμές του Ε σε mm Hg. Τέχνη. και το F σε g / m 3 είναι κοντά το ένα στο άλλο σε κανονικές θερμοκρασίες αέρα σε θερμαινόμενα δωμάτια και στους t \u003d 16 ° C είναι ίσα μεταξύ τους.

Καθώς η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται, οι τιμές των E και F αυξάνονται. Με σταδιακή μείωση της θερμοκρασίας του υγρού αέρα, οι τιμές των e και f, που έλαβαν χώρα στον ακόρεστο αέρα από μια αρχική υψηλή θερμοκρασία, φτάνουν σε οριακές μέγιστες τιμές, αφού αυτές οι τιμές μειώνονται με τη μείωση της θερμοκρασίας. Η θερμοκρασία στην οποία ο αέρας φτάνει σε πλήρη κορεσμό ονομάζεται θερμοκρασία σημείου δρόσου ή απλά σημείο δρόσου.

Οι τιμές του E για υγρό αέρα με διαφορετικές θερμοκρασίες (σε βαρομετρική πίεση 755 mm Hg) υποδεικνύονται στο

Σε αρνητικές θερμοκρασίες, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η πίεση των κορεσμένων υδρατμών πάνω από τον πάγο είναι μικρότερη από την πίεση πάνω από το υπερψυγμένο νερό. Αυτό φαίνεται από το σχ. VI.3, που δείχνει την εξάρτηση της μερικής πίεσης των κορεσμένων υδρατμών Ε από τη θερμοκρασία.

Στο σημείο Ο, που ονομάζεται τριπλό, τέμνονται τα όρια τριών φάσεων: πάγου, νερού και ατμού. Εάν συνεχίσουμε την καμπύλη γραμμή που χωρίζει την υγρή φάση από την αέρια (νερό από ατμό) με μια διακεκομμένη γραμμή, θα περάσει πάνω από το όριο της στερεάς και της αέριας φάσης (ατμός και πάγος), κάτι που δείχνει περισσότερα υψηλές αξίεςμερικές πιέσεις κορεσμένων υδρατμών πάνω από υπερψυγμένο νερό.

Ο βαθμός κορεσμού του υγρού αέρα με υδρατμούς εκφράζεται ως σχετική μερική πίεση ή σχετική υγρασία.

Η σχετική υγρασία cp είναι ο λόγος της μερικής πίεσης των υδρατμών e στο υπό εξέταση μέσο αέρα προς τη μέγιστη τιμή αυτής της πίεσης Ε, που είναι δυνατή σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Φυσικά, η τιμή του φ είναι αδιάστατη και οι τιμές του μπορεί να ποικίλουν από 0 έως 1. Στην κατασκευαστική πρακτική, η σχετική υγρασία συνήθως εκφράζεται ως ποσοστό:

Σχετική υγρασία έχει μεγάλης σημασίαςτόσο υγειονομικά όσο και τεχνικά. Η τιμή του φ σχετίζεται με την ένταση της εξάτμισης της υγρασίας, ειδικότερα, από την επιφάνεια του ανθρώπινου δέρματος. Η σχετική υγρασία της τάξης του 30 έως 60% θεωρείται φυσιολογική για μόνιμη παραμονή ενός ατόμου. Η τιμή του φ χαρακτηρίζει επίσης τη διαδικασία της προσρόφησης, δηλαδή την απορρόφηση υγρασίας από πορώδη υγροσκοπικά υλικά σε επαφή με περιβάλλον με υγρασία.

Τέλος, η τιμή του φ καθορίζει τη διαδικασία συμπύκνωσης της υγρασίας τόσο στα σωματίδια σκόνης και άλλα αιωρούμενα σωματίδια που περιέχονται στον αέρα, όσο και στην επιφάνεια των κατασκευών που περικλείουν. Εάν ο αέρας με συγκεκριμένη περιεκτικότητα υγρασίας υποβληθεί σε θέρμανση, τότε η σχετική υγρασία του θερμαινόμενου αέρα θα μειωθεί, καθώς η τιμή της μερικής πίεσης των υδρατμών e παραμένει σταθερή και η μέγιστη τιμή του E αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, βλέπε τύπο ( VI.3).

Αντίθετα, όταν ο αέρας με σταθερή περιεκτικότητα σε υγρασία ψύχεται, η σχετική υγρασία του θα αυξηθεί λόγω της μείωσης του E.

Σε μια ορισμένη θερμοκρασία, η μέγιστη τιμή της μερικής πίεσης E θα είναι ίση με την τιμή του e στον αέρα και η σχετική υγρασία φ θα είναι ίση με 100%, που αντιστοιχεί στο σημείο δρόσου. Με περαιτέρω μείωση της θερμοκρασίας, η μερική πίεση παραμένει σταθερή (μέγιστη) και η υπερβολική ποσότητα υγρασίας συμπυκνώνεται, δηλ. περνά σε υγρή κατάσταση. Έτσι, οι διαδικασίες θέρμανσης και ψύξης του αέρα συνδέονται με αλλαγές στη θερμοκρασία, τη σχετική υγρασία και, κατά συνέπεια, τον αρχικό όγκο του.

Για τις κύριες τιμές ​​σε απότομες αλλαγές στη θερμοκρασία του υγρού αέρα (για παράδειγμα, κατά τον υπολογισμό των διαδικασιών αερισμού), λαμβάνεται συχνά η περιεκτικότητα σε υγρασία και η περιεκτικότητα σε θερμότητα (ενθαλπία).

όπου 18 και 29 είναι τα μοριακά βάρη των υδρατμών και του ξηρού αέρα P \u003d P e + P in - η συνολική πίεση του υγρού αέρα.

Σε μια σταθερή ολική πίεση υγρού αέρα (για παράδειγμα, P = 1), η περιεκτικότητά του σε υγρασία προσδιορίζεται μόνο από τη μερική πίεση των υδρατμών

Η πυκνότητα του υγρού αέρα μειώνεται με την αύξηση της μερικής πίεσης με γραμμικό τρόπο.

Μια σημαντική διαφορά στα μοριακά βάρη των υδρατμών και του ξηρού αέρα οδηγεί σε αύξηση της απόλυτης υγρασίας και μερικής πίεσης στις θερμότερες ζώνες (συνήθως στην επάνω ζώνη) των χώρων, σύμφωνα με τους νόμους, .

όπου c p είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα του υγρού αέρα, ίση με 0,24 + 0,47d (0,24 είναι η θερμοχωρητικότητα του ξηρού αέρα, 0,47 είναι η θερμοχωρητικότητα των υδρατμών). t - θερμοκρασία, °C; 595 - ειδική θερμότητα εξάτμισης στους 0°С, kcal/kg. d είναι η περιεκτικότητα σε υγρασία του υγρού αέρα.

Η αλλαγή σε όλες τις παραμέτρους του υγρού αέρα (για παράδειγμα, με διακυμάνσεις στη θερμοκρασία του) μπορεί να καθοριστεί από το διάγραμμα I - d, οι κύριες τιμές των οποίων είναι η περιεκτικότητα σε θερμότητα I και η περιεκτικότητα σε υγρασία d του αέρα σε μια μέση τιμή της βαρομετρικής πίεσης.

Στο διάγραμμα I - d, η περιεκτικότητα σε θερμότητα I απεικονίζεται κατά μήκος του άξονα τεταγμένων και οι προβολές της περιεκτικότητας σε υγρασία d - κατά μήκος του άξονα της τετμημένης. Οι πραγματικές τιμές της περιεκτικότητας σε υγρασία προβάλλονται σε αυτόν τον άξονα από έναν κεκλιμένο άξονα που βρίσκεται υπό γωνία 135 ° ως προς τον άξονα y. Υιοθετείται μια αμβλεία γωνία για να γραφούν με μεγαλύτερη σαφήνεια οι καμπύλες υγρασίας αέρα στο διάγραμμα (Εικ. VI.4).

Γραμμές με την ίδια περιεκτικότητα σε θερμότητα (I=const) βρίσκονται στο διάγραμμα λοξά, και την ίδια περιεκτικότητα σε υγρασία (d = const) - κατακόρυφα.

Η καμπύλη πλήρους κορεσμού αέρα με υγρασία φ=1 διαιρεί το διάγραμμα στο πάνω μέρος, στο οποίο ο αέρας δεν είναι πλήρως κορεσμένος, και στο κάτω, όπου ο αέρας είναι πλήρως κορεσμένος με υγρασία και μπορεί να συμβούν διαδικασίες συμπύκνωσης.

Στο κάτω μέρος του διαγράμματος, υπάρχει μια γραμμή p e =f(d) ενσωματωμένη στο συνηθισμένο πλέγμα συντεταγμένων σύμφωνα με τον τύπο (VI.4) της αύξησης των μερικών πιέσεων υδρατμών, εκφρασμένες σε mm Hg. Τέχνη.

Τα διαγράμματα περιεκτικότητας σε θερμότητα και υγρασία χρησιμοποιούνται ευρέως στην πρακτική θέρμανσης και αερισμού κατά τον υπολογισμό των διαδικασιών θέρμανσης και ψύξης του αέρα, καθώς και στην τεχνολογία ξήρανσης. Χρησιμοποιώντας τα διαγράμματα I - d, μπορείτε να ορίσετε όλες τις απαραίτητες παραμέτρους του υγρού αέρα (περιεκτικότητα σε θερμότητα, περιεκτικότητα σε υγρασία, θερμοκρασία, σημείο δρόσου, σχετική υγρασία, μερική πίεση), εάν είναι γνωστές μόνο δύο από αυτές τις παραμέτρους.

Σημειώσεις

1. Αυτή η πίεση μερικές φορές αναφέρεται ως πίεση υδρατμών.

Ως γνωστόν, ξηρός αέρας(CB) αποτελείται από 78% άζωτο, 21% οξυγόνο και περίπου 1% διοξείδιο του άνθρακα, αδρανή και άλλα αέρια. Εάν υπάρχουν στον αέρα, τότε αυτός ο αέρας ονομάζεται υγρός αέρας(VV). Λαμβάνοντας υπόψη ότι η σύνθεση του ξηρού τμήματος του αέρα πρακτικά δεν αλλάζει κατά τον αερισμό των χώρων και μόνο η ποσότητα υγρασίας μπορεί να αλλάξει, στον εξαερισμό είναι συνηθισμένο να θεωρούνται τα εκρηκτικά ως ένα δυαδικό μείγμα που αποτελείται μόνο από δύο συστατικά: SW και υδρατμών (WP). Αν και όλοι οι νόμοι αερίων ισχύουν για αυτό το μείγμα, ωστόσο, κατά τον αερισμό, μπορεί να υποτεθεί με επαρκή ακρίβεια ότι ο αέρας βρίσκεται σχεδόν πάντα υπό ατμοσφαιρική πίεση, καθώς οι πιέσεις των ανεμιστήρων είναι αρκετά μικρές σε σύγκριση με βαρομετρική πίεση. Η κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι 101,3 kPa και οι πιέσεις που αναπτύσσονται από τους ανεμιστήρες συνήθως δεν υπερβαίνουν τα 2 kPa. Επομένως, η θέρμανση και ο αέρας στον εξαερισμό συμβαίνουν σε σταθερή πίεση.

Από τις θερμοδυναμικές παραμέτρους των εκρηκτικών, που λειτουργούν κατά τη διάρκεια του αερισμού, μπορεί κανείς να ξεχωρίσει το ακόλουθο:

1. πυκνότητα;
2. θερμοχωρητικότητα;
3. θερμοκρασία;
4. περιεκτικότητα σε υγρασία;
5. μερική πίεση υδρατμών.
6. σχετική υγρασία;
7. θερμοκρασία σημείου δρόσου.
8. ενθαλπία (περιεκτικότητα σε θερμότητα).
9. θερμοκρασία υγρού λαμπτήρα.

Θερμοδυναμικές παράμετροι καθορίζουν την κατάσταση των εκρηκτικών και σχετίζονται μεταξύ τους με συγκεκριμένο τρόπο. Η κινητικότητα, δηλαδή η ταχύτητα του αέρα και η συγκέντρωση μιας ουσίας (εκτός της υγρασίας) είναι ειδικές, μη θερμοδυναμικές παράμετροι. Δεν έχουν καμία σχέση με τα υπόλοιπα θερμοδυναμικές παραμέτρουςκαι μπορεί να είναι οποιοδήποτε ανεξάρτητα από αυτά.

Υπό την επίδραση διαφόρων παραγόντων, μπορεί να αλλάξει τις παραμέτρους του. Εάν ο αέρας που περιέχεται σε έναν συγκεκριμένο όγκο (για παράδειγμα, ένα δωμάτιο) έρχεται σε επαφή με θερμές επιφάνειες, αυτό θερμαίνεταιδηλαδή ανεβαίνει η θερμοκρασία του. Σε αυτή την περίπτωση, εκείνα τα στρώματα που συνορεύουν με καυτές επιφάνειες θερμαίνονται απευθείας. Αλλαγές λόγω θέρμανσης, και αυτό οδηγεί στην εμφάνιση συναγωγικά ρεύματα: εμφανίζεται μια διαδικασία ταραχώδους ανταλλαγής. Λόγω της παρουσίας τυρβώδους ανάμειξης του αέρα στη διαδικασία σχηματισμού δίνης, η αντιληπτή από τα οριακά στρώματα μεταφέρεται σταδιακά σε πιο απομακρυσμένα στρώματα, με αποτέλεσμα ολόκληρος ο όγκος του αέρα να είναι κατά κάποιο τρόπο εγείρειτη θερμοκρασία σας.

Από το εξεταζόμενο παράδειγμα, είναι σαφές ότι τα στρώματα κοντά στις καυτές επιφάνειες θα έχουν υψηλότερη θερμοκρασία από τα απομακρυσμένα. Με άλλα λόγια, η θερμοκρασία κατ' όγκο δεν είναι η ίδια (και μερικές φορές διαφέρει αρκετά σημαντικά). Επομένως, η θερμοκρασία, ως παράμετρος αέρα, σε κάθε σημείο θα έχει τη δική της ατομική, τοπική τιμή. Ωστόσο, είναι εξαιρετικά δύσκολο να προβλεφθεί η φύση της κατανομής των τοπικών θερμοκρασιών στον όγκο του δωματίου, επομένως στις περισσότερες περιπτώσεις πρέπει να μιλήσουμε για μια ορισμένη μέση τιμή μιας ή άλλης παραμέτρου αέρα. Μέση θερμοκρασίαΠροέρχεται από την υπόθεση ότι η αντιληπτή θερμότητα θα κατανεμηθεί ομοιόμορφα στον όγκο του αέρα και η θερμοκρασία του αέρα σε κάθε σημείο του χώρου θα είναι η ίδια.

Το ζήτημα της κατανομής της θερμοκρασίας κατά μήκος του ύψους του δωματίου έχει μελετηθεί λίγο πολύ, ωστόσο, ακόμη και σε αυτό το ερώτημα, το πρότυπο κατανομής μπορεί να αλλάξει πολύ υπό την επίδραση επιμέρους παράγοντες: ρεύματα πίδακα στο δωμάτιο, παρουσία προστατευτικών επιφανειών κτιριακών κατασκευών και εξοπλισμού, θερμοκρασία και μέγεθος πηγών θερμότητας.

υγρός αέραςείναι ένα μείγμα ξηρού αέρα και υδρατμών. Στην πραγματικότητα, ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα υδρατμών, δηλ. είναι υγρό.

Οι υδρατμοί που περιέχονται στον αέρα είναι συνήθως σε μια σπάνια κατάσταση και υπακούουν στους νόμους για ένα ιδανικό αέριο, το οποίο επιτρέπει την εφαρμογή αυτών των νόμων και στον υγρό αέρα.

Κατάσταση ατμού στον αέρα (υπερθερμανθεί ή κορεσμένο) καθορίζεται από την τιμή της μερικής πίεσης του Π, η οποία εξαρτάται από τη συνολική πίεση του υγρού αέρα Πκαι μερική πίεση ξηρού αέρα Π:

Κορεσμένος αέρας– αέρα με την υψηλότερη περιεκτικότητα σε υδρατμούς σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

Απόλυτη υγρασία αέραείναι η μάζα των υδρατμών που περιέχονται

σε 1 Μυγρός αέρας (πυκνότητα ατμών) στη μερική πίεση και θερμοκρασία του υγρού αέρα:

Σχετική υγρασία- ο λόγος της πραγματικής απόλυτης υγρασίας του αέρα προς την απόλυτη υγρασία του κορεσμένου αέρα στην ίδια θερμοκρασία:

Σε σταθερή θερμοκρασία, η πίεση του αέρα αλλάζει ανάλογα με την πυκνότητά της (νόμος Boyle-Mariotte), επομένως η σχετική υγρασία του αέρα μπορεί επίσης να προσδιοριστεί από την εξίσωση:

όπου Πείναι η πίεση κορεσμού του αέρα σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

Πείναι η μερική τάση ατμών σε μια δεδομένη θερμοκρασία:

Για ξηρό αέρα = 0, για κορεσμένο αέρα - = 100%.

Σημείο δρόσου- θερμοκρασία t, στην οποία η τάση ατμών Πγίνεται ίση με την πίεση κορεσμού Π. Όταν ο αέρας κρυώνει κάτω από το σημείο δρόσου, οι υδρατμοί συμπυκνώνονται.

αέρας (11.5)

Χρησιμοποιώντας την εξίσωση της κατάστασης ενός ιδανικού αερίου για τα συστατικά του υγρού αέρα (ατμός και ξηρός αέρας), οι εξαρτήσεις (11,2), (11,3) και (11,5), καθώς και τα μοριακά βάρη του αέρα (= 28,97) και του ατμού ( = 18.016), λαμβάνουμε τον τύπο υπολογισμού:

αέρας (11.6)

Για την περίπτωση που υπάρχει υγρός αέρας ατμοσφαιρική πίεση,: p=B.

Θερμοχωρητικότητα υγρού αέρασε σταθερή πίεση ορίζεται ως το άθροισμα των θερμοχωρητικοτήτων 1 κιλόξηρός αέρας και ρε, κιλόυδρατμοί:

(11.7)

Μπορείτε να λάβετε υπόψη:

Ενθαλπία υγρού αέρασε θερμοκρασία tορίζεται ως το άθροισμα των ενθαλπιών 1 κιλόξηρός αέρας και ρε, κιλόυδρατμοί:

Εδώ r– λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης, ίση με ~2500 kJ / kg. Έτσι, η υπολογισμένη εξάρτηση για τον προσδιορισμό της τιμής της ενθαλπίας του υγρού αέρα παίρνει τη μορφή:

(11.9)

Σημείωση:μέγεθος Εγώαναφέρεται στο 1 κιλόξηρό αέρα ή σε (1+ ρε) κιλόυγρός αέρας.

Σε τεχνικούς υπολογισμούς, για τον προσδιορισμό των παραμέτρων του υγρού αέρα, χρησιμοποιείται συνήθως Ταυτότηταδιάγραμμα υγρού αέρα που προτάθηκε το 1918 από τον καθηγητή L.K. Ramzin.

ΣΕ Ταυτότηταδιάγραμμα (βλ. Εικ. 11.2) συσχέτισε γραφικά τις κύριες παραμέτρους που καθορίζουν την κατάσταση θερμότητας και υγρασίας του αέρα: θερμοκρασία t, σχετική υγρασία αέρα , περιεκτικότητα σε υγρασία ρε, ενθαλπία Εγώ, μερική τάση ατμών Ππου περιέχονται στο μείγμα ατμού-αέρα. Γνωρίζοντας οποιεσδήποτε δύο παραμέτρους, μπορείτε να βρείτε τις υπόλοιπες στη διασταύρωση της αντίστοιχης

γραμμές Ταυτότητα-διαγράμματα.

2. Σχέδιο της εγκατάστασης του εργαστηρίου (όργανο )

Η σχετική υγρασία του αέρα στις εργαστηριακές εργασίες προσδιορίζεται με χρήση ψυχόμετρου του τύπου: «Ψυχρομετρικό υγρόμετρο VIT-1».

Το ψυχόμετρο (Εικ. 11.1) αποτελείται από δύο πανομοιότυπα θερμόμετρα:

"στεγνό" - 1 και "βρεγμένο" - 2. Η διαβροχή της σφαίρας του θερμομέτρου 2 πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενός καμβικού φυτιλιού 3, που χαμηλώνεται σε ένα δοχείο 4 με νερό.

2 1

3 t

4tκαι η υγρασία αέρα φ για αυτή τη συσκευή καθορίζεται πειραματικά. Με βάση τα αποτελέσματα των πειραμάτων, καταρτίστηκε ειδικός ψυχρομετρικός πίνακας (διαβατήριο), τοποθετημένος στην πρόσοψη του εργαστηριακού ψυχόμετρου.

Η ένταση της εξάτμισης επηρεάζεται σημαντικά από την ταχύτητα της ροής του αέρα γύρω από το καμβικό φυτίλι, το οποίο εισάγει ένα σφάλμα στις μετρήσεις ενός συμβατικού ψυχόμετρου. Αυτό το σφάλμα λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς με την εισαγωγή διορθώσεων σύμφωνα με το διαβατήριο του οργάνου.

Σημείωση:το ψυχόμετρο είναι απαλλαγμένο από το θεωρούμενο μειονέκτημα Αύγουστος, όπου τόσο οι ξηροί όσο και οι υγροί λαμπτήρες φυσούνται με σταθερή ταχύτητα από ένα ρεύμα αέρα που παράγεται από έναν ανεμιστήρα που λειτουργεί με ελατήριο.