курсовой проект (TEPLO1)

Посмотреть архив целиком

Техническое задание

Вариант №20



    1. Влажный воздух


А) Подмешивание воды или пара в поток влажного воздуха,

Б) температура адиабатного насыщения,

В) температура мокрого термометра. Её связь с температурой адиабатного насыщения, построение изотерм мокрого термометра в d-i-диаграмме.


  1. Фугитивность.


А) физическая сущность,

Б) методы определения фугитивности,

В) связь между фугитивностью и активностью.



























  1. Влажный воздух:


Атмосферный воздух всегда смешан с водяным паром. Такая смесь называется влажным воздухом.

В зависимости от температуры и полного давления смеси количество водяного пара во влажном воздухе не может превышать определенной величины. Смесь сухого воздуха с перегретым водяным паром называется ненасыщенным влажным воздухом (Рп<Рн).

Смесь сухого воздуха с насыщенным водяным паром называется насыщенным водяным паром (Рп=Рн).


а) подмешивание воды или пара в поток влажного воздуха.

Пусть в смесительную камеру поступают два влажного воздуха с количеством сухого М1 [кг/с] и М2 [кг/с], с соответствующим влагосодержанием d1 и d2 , температурой t1 и t2 и энтальпией i1 и i2 . При анализе принимается, что оба потока перемешиваются при p=const и без теплообмена с внешней средой.



Смесительная камера

M1 d1 t1 i1







В результате из смесительной камеры выходит поток воздуха Mm [кг/с] c параметрами dm , tm , im.

Уравнения материального баланса камеры для воздуха и для воды имеют вид:

Для сухого воздуха

M1+M2=Mm [1]

для воды

M1d1+M2d2=Mmdm [2]

Таким образом,


[3]

Уравнение энергетического баланса смешение в камере имеет вид:

M1i1+M2i2=Mmim [4]


Откуда

[5]

Если соотношение поступающих в камеру масс влажного воздуха составляет


,


Тогда в соответствии с формулой (3)

откуда

[6]

В соответствии с формулой (5)


откуда


[7]

С
опоставление соотношений (6) и (7) показывает, что


Или [8]




Следовательно, в i-d-диаграмме точка m, характеризующая состояние влажного воздуха после смешивания, должна находиться на прямой, соединяющей точки 1 и 2, которые характеризуют на i-d- диаграмме начальные потоки воздуха M1 и M2


















Положение точки m на этой прямой может быть определено при известных массовых долях смешиваемых потоков воздуха. Так как



И

И

То с учетом формулы (6)


[9]

и [10]

Из формул (9) и (10) следует, что точка m делит прямую линию смешения 1-2 в соотношении g1 и g2.

Из d-i-диаграммы видно, что могут быть взяты такие два состояния двух перед смешиванием ненасыщенных потоков воздуха (точки 1l и 2l) , которые при смешивании приведут к образованию тумана (точка ml).





Б) Температура адиабатного насыщения


В некоторых случаях инженерной практики большой интерес представляет взаимодействие между открытой поверхностью воды и потоком влажного воздуха.

В общем случае, когда температура воды не равна температуре влажного воздуха, в зависимости от влагосодержания воздуха можно наблюдать либо испарение воды с ее поверхности, либо конденсацию водяного пара из воздуха на поверхность воды.

У поверхности воды воздух всегда насыщен, потому что его влагосодержание определяется парциальным давлением насыщенного водяного пара, взятого при температуре воды.

В зависимости от соотношения между влагосодержанием насыщенного воздуха у поверхности воды и влагосодержанием удаленных от воды масс воздуха происходит либо испарение, либо конденсация.

Пусть влагосодержание слоя воздуха, прилегающего к поверхности воды, больше влагосодержания масс воздуха, удаленных от поверхности воды. При этих условиях происходит процесс диффузии влаги из прилегающего слоя воздуха в основной объем воздуха, сопровождающийся процессом испарения влаги и её проникновения в поверхностный слой воздуха.

Если же влагосодержание слоя воздуха у поверхности воды меньше влагосодержания воздуха, достаточно удаленного от поверхности воды, то происходит процесс диффузии влаги воздуха в слой воздуха, прилегающей влаги из прилегающего слоя воздуха в воду.

При равенстве влагосодержаний поток воздуха и слоя воздуха у поверхности воды температура ненасыщенного воздуха в потоке должна быть больше чем температура воды.

В начальный момент испарения или конденсации отсутствуют.

Однако при наличии разности температур между воздухом и водой (tвозд>tводы) возникает тепловой поток от воздуха к воде, температура последней повышается, что приводит к увеличению влагосодержания слоя воздуха, соприкасающегося с поверхностью воды, за счет испарения влаги. Вследствие теплового потока от воздуха к воде постепенно уменьшаются как разность температур (tвоздуха-tводы), так и величина самого теплового потока. Одновременно увеличивается разность влагосодержаний между слоем воздуха, прилегающим к поверхности воды, и основной массой воздуха, находящегося на некотором расстоянии от воды, что приводит к увеличению интенсивности испарения.

Когда теплота, получаемая водой от воздуха, окажется равной теплоте, затрачиваемой на испарение, увеличение температуры воды прекратиться.

Эту установившуюся температуру tм и называют температурой мокрого термометра.

Из указанного следует, что для ненасыщенного потока воздуха температура мокрого термометра всегда меньше температуры воздуха.

В тех случаях, когда в некоторый ограниченный объем воздуха поступает вода при температуре tм и спустя некоторое время воздух становиться насыщенным, процесс насыщения воздуха называют адиабатным.

Действительно, при этих условиях все тепло, приводимое от воздуха к воде, расходуется только на испарение, а затем вновь возвращается с паром обратно в воздух. Установившуюся температуру мокрого термометра, которую воздух имеет в состоянии насыщения, называют температурой адиабатного насыщения.



В) Температура мокрого термометра. Её связь с температурой адиабатного насыщения. Построение изотерм мокрого термометра в d-i-диаграмме.


Может быть, найдется связь между температурой влажного воздуха и температурой мокрого термометра и влагосодержанием воздуха.

Количество теплоты Q, необходимое для испарения влаги и подогрева d воды до температуры воздуха, определяется выражением:


(11)


где

rm- теплота парообразования при температуре мокрого термометра;

сpn- теплоемкость водяного пара.

Теплота Q, получается из окружающего воздуха, изменяет температуру воздуха на dt, т.е.



С учетом полученного соотношения выражение (11) дает дифференциальное уравнение процесса адиабатного насыщения


(12)


Интегрирование уравнения (12) в пределах от t до tm дает


(13)

где

dm- влагосодержание насыщенного воздуха при температуре мокрого термометра.

Выражение (13), показывает, что температура мокрого термометра является функцией температуры воздуха и его влагосодержания и что при полном насыщении воздуха (d=dm) температура воздуха t равна температуре мокрого термометра tm (t=tm).


На d-i-диаграмме строят изотермы мокрого термометра, то есть линии tm=const. Для построения линий tm=const необходимо иметь аналитическую зависимость между величинами tm, i, d. Эта зависимость устанавливается уравнениями


и (13)


их совместном решении относительно i.










Построение прямой tm=const в d-i-диаграмме производят исходя из следующих соображений.

При адиабатном увлажнении воздуха, имеющим до начала увлажнения влагосодержание d0=0, приращение энтальпии воздуха происходит за счет энтальпии испарившейся воды, то есть;


(14)


Пусть в d-i-диаграмме состояние насыщения воздуха изображается точкой e. Для нахождения начального состояния следует найти точку, в которой do=0, i1=i2.

В соответствии с выражением (14)


,

поэтому из точки е необходимо провести прямую i2=const до пересечения с осью ординат i и отложить вниз от этой точки отрезок, равный сpvdmtm. Это дает точку tm=const. Прямая ef является искомой прямой tm=const. На диаграмме линии tm=const распологаются несколько положе линий i=const.















II.Фугитивность:



Если происходит реальный процесс в системе, то энтропия этой системы возрастает.


,

Где:

- химический потенциал i-ого компонента;

-мольные доли;

Это выражение справедливо для сложных систем, в которых происходят обратимые процессы.

Для реальных процессов:



Внутренняя энергия стремиться к минимуму.

Условие равновесия по Гиббсу:

«Система должна обладать минимальной внутренней энергией при постоянном объеме, энтропии и массе.»

или

«Система должна обладать максимальной энтропией при постоянной внутренней энергии, объеме и массе.»

Найдем минимальную внутреннюю энергию (условный экстремум)


где к=1,2,…,n

Функция Лагранжа:


Ограничивающие условия:


Такую же процедуру проведем с (j+1) фазой i-ого компонента. В результате получим:

Химический потенциал остается постоянным:



Г
де

V-удельный объем;


Х
имический потенциал:

Интегрируя данное выражение получим уравнение для химического потенциала идеального газа:

где

к