Влажный воздух

Одной из технических характеристик влажного воздуха является влагосодержание d:

d = m _в / m _с.в,

где m _в - масса влага; m_с.в - масса сухого воздуха.

Влагосодержание приближенно можно определить по выражению:

d = 0,622 р _п р /(р - р_п),

где р _п, р - парциальное давление пара и общее давление воздуха.

Отношение массы водяных паров в воздухе к объему влажного воздуха V _в.в соответствует плотности пара r_ппри его парциальном давлении и температуре:

r_п = m _п / V _в.в.

При d = d _mах, р _п = р _пmах плотность пара, содержащегося в воздухе, достигает максимальной величины r_mах.

Отношение массовой концентрации водяных паров к максимально возможной их концентрации при том же давлении или отношении плотности водяных паров при заданном давлении к максимально возможной плотности при том же давлении называют относительной влажностью:

j_в = d / d _mах = r_п / r_mах.

Влагосодержание воздуха можно оценить по формуле

d = 0,0622 j_в ^. р _п /(р - 0,01j_в ^. р _п).

Температура, при которой перегретый пар становится насыщенным, называется температурой точки росы. В этот момент относительная концентрация водяных паров будет равна 100 %.

h = h _в + h _п ^. d,

где h _в- удельная энтальпия сухого воздуха, кДж/кг; h _п - удельная энтальпия пара, кДж/кг.

Удельная энтальпия сухого воздуха определяется по формуле

h _в = c×Т,

где c = 1,005 – удельная теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг×К) в диапазоне
0…100 ⁰С.

Удельная энтальпия пара определяется по формуле

h _п = 2490 + 1,97^. Т _н,

где Т _н– температура насыщения при парциальном давлении пара, К.

На рисунке 2.1 приведена hd -диаграмма влажного воздуха.

На диаграмме пунктиром показаны изотермы области тумана, наклон которых определяется соотношением (дh/дd) _ж = = 0,001t.

Задачи

1) Cостояние влажного воздуха задано параметрами: t = 25⁰C, j= 0,6. С помощью таблиц водяного пара определить давление водяных паров в воздухе. Ответ: 1,90 кПа.

2) Состояние влажного воздуха при температуре 20 ⁰C определяется с помощью гигрометра, которым измерена точка росы, равная 10 ⁰C. Определить относительную влажность j, влагосодержание d и энтальпию влажного воздуха. Ответ: 52 %; 7,8 г/кг с.в; 40 кДж/ кг с.в.

3) В сушильной установке производится подсушка топлива с помощью воздуха при атмосферном давлении. От начального состояния с t = 20 ⁰C, j = 0,4 воздух предварительно подогревается до t = 80 ⁰C и далее направляется в сушильную камеру, где в процессе высушивания топлива воздух охлаждается до t = 35 ⁰C. Рассчитать необходимое количество теплоты q для нагревания 1 кг воздуха, параметры воздуха на выходе из сушильной камеры и количество воды, которое отбирает каждый килограмм воздуха от топлива. Считать, что тепловые потери отсутствуют. Определить также, какое максимальное количество воды мог бы унести с собой
1 кг воздуха, если бы он направлялся в сушильную камеру без предварительного подогрева. Ответ: 61 кДж/кг с.в; 18,0 г; 23,9 г/кг с.в; 66 %, 96 кДж/кг с.в; 3,1 г.

4) Начальное состояние воздуха задано параметрами: t = 20 ⁰C, d =
= 8 г/кг с.в, p = 993 гПа. Воздух сжимается адиабатически до давления
6 бар и затем охлаждается. Определить, при какой температуре начнется выделение влаги из этого воздуха. Для решения задачи воспользоваться таблицами водяного пара (приложение Д).

Решение: По hd-диаграмме находим, что относительная влажность равна 54 %. Следовательно, парциальное давление водяных паров p = j p _s; p = 0,54·0,023368 =
= 0,01262 бар; здесь значение давления насыщения p _s взято из таблиц водяного пара. Парциальное давление пара увеличивается пропорционально общему давлению влажного воздуха, тогда парциальное давление водяного пара при 6 бар составит: р =
= 0,01262^.6/0,9933 = 0,0762 бар. Это давление соответствует температуре насыщения 40,6 ⁰С, при которой и начнется выпадение воды из воздуха.

5) Начальное состояние влажного воздуха при атмосферном давлении задано параметрами: t = 25 ⁰C, j = 70 %. Воздух охлаждается до t =
= 15 ⁰C. Определить, сколько влаги выпадет из каждого килограмма воздуха. Ответ: 3,4 г/кг с.в.

6) Определить удельный объем влажного воздуха при следующих параметрах: t = 200 ⁰C; p = 0,2 МПа; d = 40 г/кг с.в. Ответ: 0,695 м³/кг.

2.3 Процессы идеального одноступенчатого поршневого
компрессора

Теоретическая работа, затрачиваемая в процессе повышения давления газа в одноступенчатом компрессоре, равна:

- при изотермическом процессе

L_i = 2,3P ₁ V ₁lg(P ₂/ P ₁);

- при адиабатном процессе

L_a = (k /(k - 1))(P ₁ V ₁((P ₂/ P ₁)^{(k- 1) /k} - 1));

- при политропном процессе

L_p = (n /(n - 1))(P ₁ V ₁((P ₂/ P ₁)^{(n-1)/ n} - 1)),

где Р ₁, Р ₂ - начальное и конечное давление газа, Па; V ₁ - начальный объем газа, всасываемый в цилиндр за один оборот вала компрессора, м³.

Если в уравнение работы подставить вместо объема V ₁ объемную подачу компрессора, то получим формулу для определения теоретической мощности компрессора N, Вт:

- при изотермическом процессе

N_i = 2,3 P ₁ V_t lg (P ₂/ P ₁);

- при адиабатном процессе

N_a = (k /(k - 1))(P ₁ V_t ((P ₂/ P ₁)^{(k- 1)/ k} - 1));

- при политропном процессе

N_p = (n /(n - 1))(P ₁ V_t ((P ₂/ P ₁)^{(n- 1)/ n} - 1)),

где V_t - объемная подача одноступенчатого компрессора при всасывании, м³/с.

Объемную подачу компрессора можно определить по формуле

V_t = V ₁ z w,

где V ₁- объем газа, поступающего в одну рабочую полость компрессора за один ход всасывания, м³; z - число рабочих цилиндров компрессора; w - частота вращения коленчатого вала компрессора, с^-1.

При политропном или адиабатном сжатии температура сжимаемого газа повышается. При этом конечное значение ее для идеального газа может быть найдено по формулам:

- при адиабатном сжатии

T ₂ = T ₁ (P ₂/ P ₁)^{( k- 1)/ k};

- при политропном сжатии

T ₂ = T ₁ (P ₂/ P ₁)^{( n- 1)/ n}.

При высоких значениях температуры Т ₂возникает опасность самовоспламенения смазочного масла, что и ограничивает степень повышения давления в одноступенчатом компрессоре.

Задачи

1) Найти максимально допустимое давление сжатия воздуха в идеальном одноступенчатом компрессоре, если температура самовоспламенения смазочного масла 270 ⁰С, температура наружного воздуха, поступающего в компрессор 27 ⁰С, начальное давление воздуха 0,1 МПа. Сжатие происходит по адиабате, k = 1,4. Ответ: 0,798 МПа.

2) Объемный расход идеального одноступенчатого воздушного компрессора составляет 0,2 м³/с при температуре всасывания 27 ⁰С и давлении 0,1 МПа. Давление сжатого воздуха 0,8 МПа. Найти температуру воздуха и объемный расход (по конечным параметрам воздуха) в конце сжатия и мощность, затрачиваемую на получение сжатого воздуха в трех вариантах: при сжатии по изотерме, по адиабате (k = 1,4) и по политропе (n = 1,2).Ответ: 41,5 кВт; 56,7 кВт; 49,8 кВт.

3) Компрессор, имеющий расход 100 м³/ч, подает сжатый, охлажденный до начальной температуры воздух давлением 0,5 МПа. Наружное давление 0,1 МПа, температура 27 ⁰С. Найти подводимую теоретическую мощность при: изотермическом сжатии; политропном сжатии (n = 1,25); адиабатном сжатии (k = 1,4). Ответ: 21,9 кВт; 25,9 кВт; 27,9 кВт.

4) Компрессор всасывает воздух объемом 500 м³/ч, давлением
0,1 МПа и температурой 17 ⁰С. В компрессоре воздух изотермически сжимается до давления 0,9 МПа. Определить объем цилиндра компрессора и теоретическую подводимую к нему мощность, если частота вращения вала компрессора 100 мин^-1. Ответ: 0,0833 м³; 29,9 кВт.

5) Компрессор всасывает воздух объемом 500 м³/ч, давлением
0,1 МПа и температурой 17 ⁰С. Поступающий в цилиндр воздух адиабатно сжимается до давления 0,9 МПа. Найти конечную температуру сжатия, объем цилиндра и подводимую мощность, если частота вращения вала компрессора 100 мин^-1. Ответ: 543 К; 0,0833 м³; 41,6 кВт.

6) Компрессор подает воздух, охлажденный до начальной температуры и сжатый до 0,8 МПа. Давление в цилиндре компрессора в начале сжатия 93 кПа при температуре 27 ⁰С. Сжатие происходит по политропе с
n = 1,3. В результате улучшения охлаждения стенок цилиндра компрессора показатель политропы снизился до 1,2. Найти экономию в подводимой мощности, полученную в результате улучшения охлаждения стенок цилиндра. Ответ: 3,46 кВт или 10,5 %.

7) Идеальный поршневой компрессор сжимает 450 м³/ч воздуха (в пересчете на нормальные условия) температурой 30 ⁰С от p ₁ = 0,10 МПа и до p ₂ = 0,5 МПа. Определить мощность, затрачиваемую на привод компрессора, если сжатие происходит адиабатно, и температуру газа на выходе из компрессора. Ответ: 28,7 кВт; 207 ⁰С.

8) Компрессор сжимает 600 м³/ч воздуха от давления p ₁ = 0,098 МПа и до p ₂ = 0,6 МПа. Определить мощность, затрачиваемую на привод компрессора, если сжатие происходит: 1) адиабатно; 2) политропно с показателем n = 1,3; 3) изотермически. Ответ: 1) 38,9 кВт; 2) 36,8 кВт; 3) 29,6 кВт.

9) Двухступенчатый поршневой компрессор сжимает воздух от давления p ₁= 0,098 МПа и до p ₂= 5,88 МПа. Сжатие политропное с показателем политропы 1,25. Начальная температура воздуха 20 ⁰С, производительность компрессора 500 м³/ч. Определить расход воды на охлаждение цилиндров и промежуточного холодильника, если ее температура возрастает от 10 до 30 ⁰С, а также мощность двигателя на привод компрессора, если h_к = 0,65. Компрессор без вредного объема. Ответ: 2142 кг/ч; 58,9 кВт.

10) В двухступенчатом компрессоре без вредного объема воздух адиабатически сжимается от 0,098 до 4,9 МПа. Определить производительность компрессора, если мощность двигателя 60 кВт, h_к = 0,65. Начальная температура воздуха 27 ⁰С. Ответ 240 м³/ч (при нормальных условиях).

11) В изотермическом компрессоре воздух сжимается от 0,098 до 0,981 МПа. Как изменится мощность двигателя для привода компрессора, если сжатие будет производиться изотермически до 98,1 МПа. Ответ: в 3 раза.

12) Определить объемную часовую производительность по сжатому воздуху компрессора, сжимающего воздух p ₁= 0,098 МПа и t ₁= 15 ⁰С до
p ₂= 0,784 МПа. Сжатие изотермическое, мощность двигателя 40 кВт. Ответ 85,4 м³/ч.

Дата добавления: 2015-08-13