Основные термодинамические и теплофизические характеристики атмосферного воздуха. Что называется точкой росы?

Как известно, сухой воздух (СВ) состоит на 78% из азота, на 21% из кислорода и около 1% составляют диоксид углерода, инертные и другие газы. Если в воздухе имеются водяные пары, то такой воздух называется влажным воздухом (ВВ). Учитывая, что при вентиляции помещений состав сухой части воздуха практически не изменяется, а может изменяться только количество влаги, в вентиляции принято рассматривать ВВ как бинарную смесь, состоящую только из двух компонентов: СВ и водяные пары (ВП). Хотя к этой смеси применимы все газовые законы, однако при вентиляции с достаточной точностью можно считать, что воздух практически все время находится под атмосферным давлении, так как давления вентиляторов достаточно малы по сравнению с барометрическим давлением. Нормальное атмосферное давление составляет 101,3 кПа, а давления, развиваемые вентиляторами, составляют обычно не более 2 кПа. Поэтому нагрев и охлаждение воздуха в вентиляции происходят при постоянном давлении.

Из термодинамических параметров ВВ, которыми оперируют в курсе вентиляции, можно выделить следующие:

1. плотность;

2. теплоемкость;

3. температура;

4. влагосодержание;

5. парциальное давление водяного пара;

6. относительная влажность;

7. температура точки росы;

8. энтальпия (теплосодержание);

9. температура по мокрому термометру.

10. Теплофизические свойства воздуха существенно зависят от температуры.

1. Плотность воздуха равна 1,2 кг/м³ при 20°С, но при его нагреве значительно снижается, достигая значения 0,239 кг/м³ при 1200°С,

2. что в 5 раз меньше величины плотности воздуха при комнатной температуре.

3. Это свойство воздуха и газов вообще (снижение плотности газов при нагреве) позволяет проходить такому процессу, как естественная конвекция и применяется в воздухоплавании.

4. Следует отметить что плотность воздуха в 828 раз меньше плотности воды, но почти в 15 раз больше плотности самого легкого газа – водорода.

5. Вязкость воздуха с ростом его температуры увеличивается. Это связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг равновесного состояния (согласно МКТ).

6. Увеличение вязкости воздуха при нагреве позволяет нам видеть его движение над нагретыми поверхностями.

7. С увеличением температуры воздуха увеличиваются значения как динамической, так и кинематической вязкости воздуха.

8. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагреве этого газа.

9. Теплоемкость воздуха увеличивается с ростом его температуры. Однако, температура воздуха влияет на его теплоемкость намного слабее, чем на плотность.

10. Так, при нагреве с 0 до 1200°С теплоемкость воздуха увеличивается лишь в 1,2 раза – с 1005 до 1210 Дж/(кг·град).

11. Другие теплофизические свойства воздуха такие, как его температуропроводность и число Прандтля Pr, по-разному реагируют на изменение температуры.

12. Температуропроводность воздуха сильно зависит от температуры и при нагревании, например с 0 до 1200°С, ее значение увеличивается почти в 17 раз.

13. Число Прандтля воздуха слабо зависит от температуры и при нагреве этого газа сначала снижается до величины 0,674,

14. а затем начинает расти, и при температуре 1200°С достигает значения 0,724.

Точка росы– это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу.

9) Что называется коэффициентом теплопередачи в рекуперативном теплообмене? Какова его размерность и способы определения?

Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурами текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности стенки, а если хоть одна из жидкостей является излучающим газом, то и за счет теплового излучения. Примером таких аппаратов являются котлы, подогреватели, конденсаторы, выпарные аппараты и др.

Тепловой расчет рекуперативных аппаратов непрерывного действия. Основным для этих аппаратов является установившийся тепловой режим. При этом в методе среднего температурного напора используют уравнение теплопередачи

F =Q /(kDt),

где Q- тепловая мощность;k - коэффициент теплопередачи; Dt- средний температурный напор. Тепловая мощность известна из расчета тепловой схемы или определяется по уравнению теплового баланса

Q=G1δh1η=G2δh2,

где G₁ и G₂ - массовые расходы горячего и холодного теплоносителей; δh1=h'1−h''1

и δh2=h'2−h''2 - изменения энтальпий соответственно греющего и нагреваемого теплоносителей; h'1, h'2 и h''1, h''2

– начальные и конечные значения их энтальпий. При отсутствии фазовых превращений dh₁ = с₁(t¢₁ – t²₁) и dh₂ = с₂(t²₂ – t¢₂), где с₁ и с₂ - средние изобарные удельные теплоемкости теплоносителей в диапазонах изменения их температур; h - коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду (h = 0,97- 0,99).

Коэффициент теплопередачи поверхности нагрева трубчатых, пластинчатых, спиральных промышленных аппаратов рассчитывают обычно по формуле для плоской стенки [11, 12, 15]

k=(1α1+R1+Rст+R2+1α2,)−1

где a₁ и a₂- коэффициенты теплоотдачи греющего и нагреваемого теплоносителей; R_ст = d/λ

- термическое сопротивление стенки, разделяющей теплоносители; здесь d- толщина и λ- теплопроводность материала стенки; R₁ и R₂- термические сопротивления загрязнений поверхности нагрева со стороны каждого из теплоносителей.