Влажный воздух, влажные продукты сгорания

Масса паров в 1 м³ влажного воздуха, численно равная плотности пара r_п при парциальном давлении P_п , называется абсолютной влажностью. Отношение действительной абсолютной влажности воздуха r_п к максимально возможной абсолютной влажности r_н при той же температуре называют относительной влажностью и обозначают j = r_п/r_н = P_п/P_н. Здесь P_п – парци-альное давление водяного пара во влажном воздухе, P_н – максимально возможное парциальное давление водяного пара при данной температуре.

Отношение массы водяного пара m_п, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха m_в называется влагосодержанием и измеряется в килограммах на килограмм сухих газов:

. (79)

Максимальное влагосодержание достигается при полном насыщении воздуха водяными парами (φ=1).

, кг/кг. (80)

Теплоемкость влажного воздуха рассчитывают как сумму теплоемкости 1 кг сухого воздуха и d кг пара:

кДж/(кг×К). (81)

В диапазоне от 0 до 100 °С с_в=1,0048 кДж/(кг×К) - теплоемкость водяных паров с_п = 1,96 кДж/(кг×К).

Энтальпия влажного воздуха определяется как энтальпия газовой смеси, состоящей из 1 кг сухого воздуха и d кг пара:

. (82)

Энтальпия сухого воздуха , энтальпия пара, содержащегося во влажном воздухе, достаточно точно может быть вычислена по формуле , в которой теплота испарения воды принята равной 2500 кДж/кг, а теплоемкость пара 1,96 кДж/(кг×К).

Тогда энтальпия влажного воздуха (газа) может быть рассчитана как

. (83)

По данным формулам построена I-d - диаграмма влажного воздуха (рис. 48).

Для процессов, связанных с глубоким охлаждением продуктов сгорания, могут быть использованы приведенные выше формулы (и I-d - диаграмма), полученные для воздуха. Отличие заключаются в несколько различной молярной массе воздуха и продуктов сгорания.

Рис. 48. I-d - диаграмма влажного воздуха

Для продуктов сгорания среднего состава, сжигаемых с коэффициентом избытка воздуха a = 1,3 ( = 0,11; = 0,13; = 0,76), плотность и теплоемкость при 0 °С составляют соответственно ρ = 1,33 кг/м³, с = 1,068 кДж/(кг∙К); для воздуха соответствующие значения равны ρ = 1,29 кг/м³, = 1,009 кДж/(кг∙К).

Следует помнить, что I-d - диаграмма построена для определенного барометрического давления, равного 745 мм рт. ст. Поэтому расчеты с использованием I-d - диаграммы носят приблизительный характер. При необходимости проведения точных расчетов следует пользоваться формулами (79)-(85), с учетом отличия плотности продуктов сгорания от плотности воздуха.

Основными процессами при теплообмене являются процессы d = const и i = const.

При сухом охлаждении воздуха или продуктов сгорания, в конце концов, достигается температура, при которой относительная влажность достигает 100 %. Температура, соответствующая состоянию насыщения водяных паров, называется температурой точки росы. Она определяется из следующих соображений. При достижении температуры точки росы пар становится насыщенным. По известному влагосодержанию, которое рассчитывается по известному составу газов, рассчитывают давление насыщения, равное:

. (84)

По таблицам воды и насыщенного водяного пара определяют температуру, равную температуре насыщения. Количество теплоты, которое выделилось при охлаждении газов от начального состояния 1 до состояния соответствующего температуре точки росы, рассчитывается как разница энтальпий газа в соответствующих состояниях:

. (85)

Второй важной температурой, при известном состоянии продуктов сгорания, является температура мокрого термометра. Температуру мокрого термометра определяют из условия I-const:

.

Отсюда температура мокрого термометра рассчитывается как

. (86)