Взаимосвязь параметров газовой среды испытательного стенда и процессы их регулирования.

Воздух окружающей нас среды характеризуется температурой, влажностью, давлением и газовым составом. Указанные параметры воздуха находятся в сложной зависимости друг от друга, поэтому при воспроизведении в камерах различных климатических условий необходимо учитывать эту взаимозависимость. Практически воздух всегда содержит какое-то количество водяных паров, т. е. представляет собой паровоздушную смесь. Можно считать, что влажный воздух подчиняется всем законам смеси идеальных газов. Пар, входящий в состав воздуха (в состав смеси), занимает тот же объем, имеет ту же температуру Т и находится под своим парциальным давлением р_вп.

Как указывалось, состояние некоторой массы газа определяется значениями трех основных параметров: давлением р, объемом V и температурой Т, закономерно связанных друг с другом функцией, носящей название уравнения состояния:

(2.4-8.25.)

или

(2.4-8.26.)

где V – объем газа. m – масса газа; μ – молярная масса. R – газовая постоянная; Т – термодинамическая температура газа.

На основании уравнения Клапейрона выведена так называемая барометрическая формула, характеризующая зависимость атмосферного давления от параметров воздушной среды (газа) и, в частности, от высоты над уровнем моря h:

(2.4-8.27.)

где p_б, барометрическое давление на заданной высоте h, р₀ давление на уровне моря; μ – молярная масса воздуха; g — ускорение свободного падения.

Эта формула выведена в предположении постоянства температуры. Из формулы следует, что давление убывает с высотой тем быстрее, чем тяжелее газ, т. е. больше его μ и чем ниже температура. Барометрическое давление p_б равно сумме давлений сухого воздуха р_св и водяного пара р_вп.

Как известно влагосодержание d зависит от температуры, барометрического давления воздуха и давления водяного пара. Как было указано, парциальное давление водяного пара, входящего в состав воздуха, зависит от температуры. Чтобы повысить температуру тела (в данном случае некоторого количества пара) на один градус, необходимо сообщить ему определенное количество теплоты, называемое теплоемкостью:

Теплоемкость единицы массы вещества называется удельной теплоемкостью. Единица измерения – Дж/(градус·кг).

Теплоемкость зависит от условий, при которых происходит нагрев тела при постоянном объеме С_V или при постоянном давлении С_P газа. Если нагрев происходит при постоянном объеме, то вся теплота идет на приращение внутренней энергии газа. Если газ нагревается при постоянном давлении, то он будет расширяться, совершая положительную работу. Следовательно, для повышения температуры газа на один градус при постоянном давлении потребуется больше тепла, чем при нагревании при постоянном объеме. В связи с этим теплоемкость С_P, при постоянном давлении должна быть больше, чем теплоемкость С_V при постоянном объеме. В термодинамике принято произведение теплоемкости при постоянном объеме на температуру газа называть теплосодержанием i или энтальпией. Соответственно произведение удельной теплоемкости сухого воздуха на температуру определяется выражением

(2.4-8.28.)

где t_в, температура воздуха

Теплосодержание насыщенного пара

(2.4-8.29.)

где i_вп – теплосодержание водяного пара, r – удельная теплота испарения; С_вп, t_вп теплоемкость и температура водяного пара. Таким образом, теплосодержание влажного воздуха

. (2.4-8.30.)

На основании приведенных соображений в косоугольной системе координат построена так называемая i-d -диаграмма (рисунок 2.4-8.8.), у которой по оси абсцисс отложены значения влагосодержания воздуха d при барометрическом давлении 99, 5 кПа (745 мм рт ст), а по оси ординат – значения теплосодержания i влажного воздуха. На i-d -диаграмму нанесен также ряд изотерм, обозначения температур на которых проставлены справа от оси ординат, и линии φ = const соединяющие точки на изотермах, характеризуемые одинаковой относительной влажностью. Пользуясь i-d -диаграммой, можно определить основные параметры, характеризующие состояние паровоздушной смеси в точке А. Проведем через точку А линию постоянного влагосодержания (параллельно оси ординат) до пересечения с линией относительной влажности φ =100% и найдем току В, которая является точкой росы и характеризует состояние воздуха, охлажденного до температуры t_в. (температура точки росы).

Если воздух при t_а =const увлажнять до полного насыщения ( φ =100%), то его состояние будет характеризоваться параметрами, определяемыми в точке С. Если воздух с параметрами, соответствующими точке А, охлаждать и одновременно увлажнять, то изменение его состояния будет происходить при постоянном теплосодержании по линии i = const которая пересечет линию насыщения в точке Г. Температура в этой точке это температура мокрого (влажного) термометра, как ее называют при определении относительной влажности психометрическим методом. При охлаждении влажного воздуха ниже температуры точки росы он переходит в пересыщенное состояние с появлением тумана.

Пользуясь i-d - диаграммой, можно рассмотреть процессы автоматического регулирования параметров воздуха. Возможны следующие регулирующие воздействия: І – охлаждение и осушение, ІІ – охлаждение, III – охлаждение и увлажнение, IV – увлажнение, V – нагрев и увлажнение, VI – нагрев, VII – нагрев и осушение, VIII – осушение. Основными являются четыре регулирующих воздействия – охлаждение, нагрев, увлажнение и осушение. На выделенном участке i-d -диаграммы указанные воздействия можно условно представить в виде векторов (рисунок 2.4-8.9).

Изменение интенсивности основных регулирующих воздействий приводит к повороту векторов смешанного воздействия вокруг точки А состояния воздуха.

Нагрев воздуха приводит к повышению температуры и росту теплосодержания при неизменном влагосодержании.

Охлаждение воздуха вызывает некоторое понижение температуры и уменьшение теплосодержания при неизменном влагосодержании, т. е. абсолютная влажность не изменяется. Однако температура не должна снижаться ниже температуры точки росы.

Увлажнение воздуха сопровождается увеличением влагосодержания и относительной влажности, а также некоторым повышением теплосодержания. Рост теплосодержания обусловлен переносом в воздух теплоты вместе с водяным паром. При этом температура повышается незначительно.

Осушение воздуха может осуществляться путем охлаждения или нагрева. При охлаждении температура становится ниже температуры точки росы и влага выпадает из воздуха в виде росы; при этом абсолютная влажность уменьшается. При нагреве температура воздуха повышается, влагосодержание d и относительная влажность φ уменьшаются, теплосодержание i изменяется незначительно. Автоматически изменяя состояние воздуха с помощью одного или нескольких основных регулирующих воздействий, обеспечивают заданные параметры воздуха.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: