Построение процессов обработки воздуха в J-d диаграмме (нагрев, охлаждение)

Используя основные закономерности, определяющие термодинамические свойства влажного воздуха Л.К. Рамзин в 1918 г. построил J-d диаграмму влажного воздуха. В иностранной литературе I-d диаграмму можно встретить под названием диаграмма Молье. Это связано с тем, что немецкий ученый Р.Молье, исследовавший свойства пара, в 1906 году составил таблицы свойств пара, а I-d диаграмма составлена для воздуха как для смеси сухой части и водяного пара.

I-d диаграмма широко применяется в расчетах систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Эта диаграмма представляет собой графическую зависимость между основными параметрами воздуха t, j, J, d и Р_п при определенном барометрическом давлении воздуха Р_б.

Состояние влажного воздуха характеризуется точкой, нанесенной на поле J-d диаграммы, ограниченном линией d = 0 и кривой j = 100%.

Положение точки задается любыми двумя параметрами из пяти, указанных выше. Исключение составляют сочетания d - Р_п , т.к. каждому значению d соответствует только одно значение Р_п.

С помощью I-d диаграммы можно определить температуру точки росы и температуру мокрого термометра.

Температура точки росы - температура, соответствующая состоянию насыщения влажного воздуха при заданном значении влагосодержания или парциального давления. Температура точки росы является предельной температурой, до которой можно охлаждать влажный воздух при постоянном влагосодержании без выпадения конденсата.

Температура мокрого термометра–это температура, которую принимает ненасыщенный влажный воздух с начальными параметрами J₁ и d₁ в результате адиабатного тепло- и массообмена с водой, имеющей постоянную температуру t_w = t_мпри достижении полного насыщения.

Схема определения параметров воздуха для заданной точки 1 приведена на рисунке.

Рисунок. Схема определения параметров влажного воздуха на J-d диаграмме

Возможность быстрого графического определения параметров влажного воздуха является важным, но не основным фактором при использовании J-d диаграммы.

В результате нагревания, охлаждения, осушения или увлажнения влажного воздуха изменяется его тепло-влажностное состояние. Процессы изменения изображаются на J-d диаграмме прямыми линиями, которые соединяют точки, характеризующие начальные и конечные состояния воздуха.

Эти линии называются лучами процессовизменения состояния воздуха. Направление луча процесса на J-d диаграмме определяется угловым коэффициентомe. Если параметры начального состояния воздуха J₁ и d₁, а конечного – J₂и d₂, то угловой коэффициент выражается отношением DJ/Dd, т.е.:

.

Величина углового коэффициента измеряется в кДж/кг влаги.

Если в уравнении числитель и знаменатель умножить на массовый расход обрабатываемого воздуха G, кг/ч, то получим:

,

где Q_п - полное количество тепла, переданное при изменении состояния воздуха, кДж/ч;

W - количество влаги, переданное в процессе изменения состояния воздуха, кг/ч.

В зависимости от соотношения DJ и Dd угловой коэффициент e может изменять свой знак и величину от 0 до ±¥.

На рисунке показаны лучи характерных изменений состояния влажного воздуха и соответствующие им значения углового коэффициента. На нем видно, что все возможные изменения состояния влажного воздуха располагаются на поле J-d диаграммы в четырех секторах, границами которых являются линии d = const и J = const. В секторе I процессы происходят с увеличением энтальпии и влагосодержания, поэтому значения e > 0. В секторе II происходит осушение воздуха с увеличением энтальпии и значения e < 0. В секторе III процессы идут с уменьшением энтальпии и влагосодержания и e > 0. В секторе IV происходят процессы увлажнения воздуха с понижением энтальпии, поэтому e < 0.

1. Влажный воздух с начальными параметрами J₁ и d₁ нагревается при постоянном влагосодержании до параметров точки 2, т.е. d₂ = d₁, J₂ > J₁. Угловой коэффициент луча процесса равен:

2. Влажный воздух одновременно нагревается и увлажняется и приобретает параметры точки 3. Угловой коэффициент луча процесса e₃ > 0. Такой процесс протекает, когда приточный воздух ассимилирует тепло- и влаговыделения в помещении.

3. Влажный воздух увлажняется при постоянной температуре до параметров точки 4, e₄ > 0.

4. Влажный воздух увлажняется и нагревается с повышением энтальпии до параметров точки 5. Так как энтальпия и влагосодержание воздуха увеличиваются, то e₅ > 0.

5. Изменение состояния влажного воздуха происходит при постоянной энтальпии J₆ = J₁ = const.(изоэнтальпийный) Угловой коэффициент такого луча процесса e₆ = 0, т.к. DJ = 0.

Фактически угловой коэффициент луча процесса при изоэнтальпийном увлажнении не равен нулю, т.к.

,

где с_w = 4,186 - удельная теплоемкость воды, кДж/кг×°С.

Действительный изоэнтальпийный процесс, при котором e = 0 возможен только при t_м = 0.

Рисунок. Угловой коэффициент на J-d диаграмме

6. Влажный воздух увлажняется и охлаждается до точки 7. В этом случае угловой коэффициент e₇ < 0, т.к. J₇ – J₁ < 0, a d₇ – d₁ > 0.

7. Влажный воздух охлаждается при постоянном влагосодержании до параметров точки 8. Так как Dd = d₈ – d₁ = 0, a J₈ – J₁ < 0, то e₈= -¥.

8. Влажный воздух охлаждается и осушается до параметров точки 9. Выражение углового коэффициента в этом случае имеет вид:

9. Глубокая осушка и охлаждение воздуха до параметров точки 10. Угловой коэффициент e₁₀ > 0.

10. Влажный воздух осушается, т.е. отдает влагу, при постоянной энтальпии до параметров точки 11. Выражение углового коэффициента имеет вид

.

Реальный процесс будет иметь угловой коэффициент e₁₁ = 4,186t₁₁, где t₁₁ - конечная температура воздуха по сухому термометру.