Понятие процесса изменения состояния влажного воздуха
Под воздействием различных факторов влажный воздух может изменять свои параметры. Если воздух, заключенный в некотором объеме, находится в контакте с горячими поверхностями, он нагревается, то есть повышается его температура. При этом нагреву подвергаются непосредственно те слои, которые граничат с горячими поверхностями. Из-за нагрева изменяется плотность воздуха, и это приводит к возникновению конвективных течений, то есть происходит процесс турбулентного обмена. За счет наличия турбулентного перемешивания воспринятая пограничными слоями воздуха теплота в процессе вихреобразования постепенно передается более удаленным слоям, в результате чего весь объем воздуха повышает свою температуру.
Из рассмотренного примера ясно, что слои, наиболее близкие к горячим поверхностям, будут иметь температуру более высокую, чем удаленные. Иначе говоря, температура по объему не одинакова, и иногда различается весьма значительно. Поэтому температура, как и любой другой параметр воздуха, в каждой точке будет иметь свое индивидуальное, локальное значение. Однако характер распределения локальных температур по объему помещения предсказать крайне трудно, поэтому в большинстве ситуаций приходится говорить о неком среднем значении того или иного параметра воздуха. Среднее значение выводится из предположения, что воспринятое тепло окажется равномерно распределено по объему воздуха, и тогда температура воздуха в каждой точке пространства будет одинакова. При этом говорят, что воздух, ранее имевший исходную температуру, нагрелся до некой более высокой температуры.
Очевидно, что нагрев воздуха до некой температуры происходит не мгновенно: воздух постепенно изменяет свои параметры, переходя из существующего состояния в новое, бесконечно близкое к нему. В итоге он переходит из начального состояния в конечное. Этот переход называется процессом изменения состояниявлажного воздуха (или, короче, просто процессом). Точный путь этого перехода почти никогда не известен: мы не можем знать в деталях, через какие отдельные промежуточные состояния идет процесс. Из начального состояния в конечное можно прийти бесконечным количеством способов, и достоверно известны лишь сами начальное и конечное состояния. Но в большинстве ситуаций промежуточные состояния не имеют принципиального значения, так как энергетические затраты на осуществление процесса определяются только начальными и конечными значениями параметров воздуха. Лишь в отдельных случаях имеет смысл уточнять, как именно (по какому пути) происходил процесс перехода.
Учитывая, что на I-d диаграмме состояние влажного воздуха отображается точкой, процесс изменения состояния отображается некой линией, соединяющей точки начального и конечного состояний.
Пусть воздух имеет некое начальное состояние, отображаемое на I-d диаграмме точкой А (рисунок 3.1). Конечное состояние некого процесса пусть отображается точкой Б. Процесс А-Б, в котором происходит такое изменение состояния, изображен на рисунке жирной стрелкой. Такой процесс может быть осуществлен в неком тепло- массообменном аппарате, в котором воздух одновременно нагревается и увлажняется (например, в градирне при орошении воздуха горячей водой, в рекуператоре с влагопроницаемыми пластинами, или в регенераторе с гигроскопичной насадкой).
t оС Е
tЕ
СБ
tС = tБ
φ = 100%
t
А ДIБ = IЕ
tД = tА
IС
IА
dА dБ d, г/кг
Рис. 3.1. Процесс изменения состояния влажного воздуха на I-d диаграмме
Обычно процесс изменения состояния изображают прямой линией, соединяющей точки начального и конечного состояний. Именно так и изображен жирной стрелкой процесс А-Б. Однако, переход из точки Ав точку Б мог идти и по другому пути: по некоторому криволинейному пути. соединяющему точки А и Б. На рисунке изображено всего две таких линии, однако их можно нарисовать бесчисленное множество.
Более того, мы условно можем считать, что процесс изменения состояния состоял из двух отдельных процессов: в одном воздух воспринимал только явное тепло и нагревался без изменения влагосодержания до температуры точки С (процесс А-С), а во втором воспринимал только влагу и увлажнялся без изменения температуры (процесс С-Б,увлажнение воздуха паром). Причем порядок осуществления процессов не имеет значения: можно вначале увлажнить воздух (процесс А-Д), а затем нагреть его (процесс Д-Б).
Есть и другой вариант осуществления процесса: вначале нагреть воздух без изменения влагосодержания до точки Е (процесс А-Е), а затем увлажнить его с одновременным охлаждением (процесс Е-Б,изоэнтальпийное охлаждение в оросительной камере или другом массообменном аппарате).
Для всех четырех рассмотренных вариантов количество теплоты, которое надо сообщить воздуху, чтобы перевести его из состояния А в состояние Б, одинаково и определяется исключительно энтальпией воздуха в точках А и Б.