Формулы для построения id диаграммы. I-d диаграмма для начинающих (ID диаграмма состояния влажного воздуха для чайников)

Используя систему уравнений, включающую зависимости 4.9, 4.11, 4.17, а также функциональную связь Р н = f (t ), Л.К. Рамзин построил J -d диаграмму влажного воздуха, которая широко применяется в расчетах систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Эта диаграмма представляет собой графическую зависимость между основными параметрами воздуха t , , J , d и Р п при определенном барометрическом давлении воздуха Р б.

Построение J -d диаграммы подробно описано в работах .

Состояние влажного воздуха характеризуется точкой, нанесенной на поле J -d диаграммы, ограниченном линией d = 0 и кривой  = 100%.

Положение точки задается любыми двумя параметрами из пяти, указанных выше, а также температурами точки росы t р и мокрого термометра t м . Исключение составляют сочетания d - Р п и d - t р, т.к. каждому значению d соответствует только одно табличное значение Р п и t р, и сочетание J - t м.

Схема определения параметров воздуха для заданной точки 1 приведена на рис. 1.

Пользуясь J -d диаграммой в прил. 4 и схемой на рис. 1, решим конкретные примеры для всех 17 возможных сочетаний заданных начальных параметров воздуха, конкретные значения которых указаны в табл. 7.

Схемы решений и полученные результаты показаны на рис. 2.1 ... 2.17. Известные параметры воздуха выделены на рисунках утолщенными линиями.

5.2. Угловой коэффициент луча процесса на j-d диаграмме

Возможность быстрого графического определения параметров влажного воздуха является важным, но не основным фактором при использовании J -d диаграммы.

В результате нагревания, охлаждения, осушения или увлажнения влажного воздуха изменяется его тепло-влажностное состояние. Процессы изменения изображаются на J -d диаграмме прямыми линиями, которые соединяют точки, характеризующие начальные и конечные состояния воздуха.

Рис. 1. Схема определения параметров влажного воздуха на J -d диаграмме

Таблица 7

Эти линии называются лучами процессов изменения состояния воздуха. Направление луча процесса на J -d диаграмме определяется угловым коэффициентом . Если параметры начального состояния воздуха J 1 и d 1 , а конечного – J 2 и d 2 , то угловой коэффициент выражается отношением J /d , т.е.:

. (5.1)

Величина углового коэффициента измеряется в кДж/кг влаги.

Если в уравнении (29) числитель и знаменатель умножить на массовый расход обрабатываемого воздуха G , кг/ч, то получим:

, (5.2)

где Q п - полное количество тепла, переданное при изменении состояния воздуха, кДж/ч;

W - количество влаги, переданное в процессе изменения состояния воздуха, кг/ч.

В зависимости от соотношения J и d угловой коэффициент  может изменять свой знак и величину от 0 до .

На рис. 3 показаны лучи характерных изменений состояния влажного воздуха и соответствующие им значения углового коэффициента.

1. Влажный воздух с начальными параметрами J 1 и d 1 нагревается при постоянном влагосодержании до параметров точки 2, т.е. d 2 = d 1 , J 2 > J 1 . Угловой коэффициент луча процесса равен:

Рис. 3. Угловой коэффициент на J -d диаграмме

Такой процесс осуществляется, например, в поверхностных воздухонагревателях, когда температура и энтальпия воздуха возрастают, относительная влажность уменьшается, но влагосодержание остается постоянным.

2. Влажный воздух одновременно нагревается и увлажняется и приобретает параметры точки 3. Угловой коэффициент луча процесса  3 > 0. Такой процесс протекает, когда приточный воздух ассимилирует тепло- и влаговыделения в помещении.

3. Влажный воздух увлажняется при постоянной температуре до параметров точки 4,  4 > 0. Практически такой процесс осуществляется при увлажнении приточного или внутреннего воздуха насыщенным водяным паром.

4. Влажный воздух увлажняется и нагревается с повышением энтальпии до параметров точки 5. Так как энтальпия и влагосодержание воздуха увеличиваются, то  5 > 0. Обычно такой процесс происходит при непосредственном контакте воздуха с отепленной водой в камерах орошения и в градирнях.

5. Изменение состояния влажного воздуха происходит при постоянной энтальпии J 6 = J 1 = const. Угловой коэффициент такого луча процесса  6 = 0, т.к. J = 0.

Процесс изоэнтальпийного увлажнения воздуха циркуляционной водой широко используется в системах кондиционирования. Он осуществляется в камерах орошения или в аппаратах с орошаемой насадкой.

При контакте ненасыщенного влажного воздуха с мелкими каплями или тонкой пленкой воды без отвода или подвода тепла извне, вода в результате испарения увлажняет и охлаждает воздух, приобретая температуру мокрого термометра.

Как следует из уравнения 4.21, в общем случае угловой коэффициент луча процесса при изоэнтальпийном увлажнении не равен нулю, т.к.

,

где с w = 4,186 - удельная теплоемкость воды, кДж/кг°С.

Действительный изоэнтальпийный процесс, при котором  = 0 возможен только при t м = 0.

6. Влажный воздух увлажняется и охлаждается до точки 7. В этом случае угловой коэффициент  7 < 0, т.к. J 7 – J 1  0, a d 7 – d 1 > 0. Такой процесс протекает в форсуночных камерах орошения при контакте воздуха с охлажденной водой, имеющей температуру выше точки росы обрабатываемого воздуха.

7. Влажный воздух охлаждается при постоянном влагосодержании до параметров точки 8. Так как d = d 8 – d 1 = 0, a J 8 – J 1 < 0, то  8 = -. Процесс охлаждения воздуха при d = const происходит в поверхностных воздухоохладителях при температуре поверхности теплообмена выше температуры точки росы воздуха, когда нет конденсации влаги.

8. Влажный воздух охлаждается и осушается до параметров точки 9. Выражение углового коэффициента в этом случае имеет вид:

Охлаждение с осушкой происходит в камерах орошения или в поверхностных воздухоохладителях при контакте влажного воздуха с жидкой или твердой поверхностью, имеющей температуру ниже точки росы.

Отметим, что процесс охлаждения с осушкой при непосредственном контакте воздуха и охлажденной воды ограничен касательной, проведенной из точки 1 к кривой насыщения  = 100%.

9. Глубокая осушка и охлаждение воздуха до параметров точки 10 происходит при прямом контакте воздуха с охлажденным абсорбентом, например, раствором хлористого лития в камерах орошения или в аппаратах с орошаемой насадкой. Угловой коэффициент  10 > 0.

10. Влажный воздух осушается, т.е. отдает влагу, при постоянной энтальпии до параметров точки 11. Выражение углового коэффициента имеет вид

.

Такой процесс можно осуществить с помощью растворов абсорбентов или твердых адсорбентов. Заметим, что реальный процесс будет иметь угловой коэффициент  11 = 4,186t 11 , где t 11 - конечная температура воздуха по сухому термометру.

Из рис. 3. видно, что все возможные изменения состояния влажного воздуха располагаются на поле J -d диаграммы в четырех секторах, границами которых являются линии d = const и J = const. В секторе I процессы происходят с увеличением энтальпии и влагосодержания, поэтому значения  > 0. В секторе II происходит осушение воздуха с увеличением энтальпии и значения  < 0. В секторе III процессы идут с уменьшением энтальпии и влагосодержания и  > 0. В секторе IV происходят процессы увлажнения воздуха с понижением энтальпии, поэтому  < 0.

Определять параметры влажного воздуха, а также решать ряд практических вопросов, связанных с сушкой различных материалов, весьма удобно графическим путем с помощью i-d диаграммы, впервые предложенным советским ученым Л. К. Рамзиным в 1918 году.

Строится для барометрического давления 98 кПа. Практически диаграммой можно пользоваться во всех случаях расчета сушилок, так как при обычных колебаниях атмосферного давления значения i и d изменяются мало.

Диаграмма в координатах i-d представляет собой графическую интерпретацию уравнения энтальпии влажного воздуха. Она отражает связь основных параметров влажного воздуха. Каждая точка на диаграмме выделяет некоторое состояние с вполне определёнными параметрами. Для нахождения любой из характеристик влажного воздуха достаточно знать только два параметра его состояния.

I-d диаграмма влажного воздуха построена в косоугольной системе координат. На оси ординат вверх и вниз от нулевой точки (i = 0, d = 0) откладывают значения энтальпии и проводят линии i = const параллельно оси абсцисс, то есть под углом 135 0 к вертикали. При этом изотерма 0 о С в ненасыщенной области располагается почти горизонтально. Что же касается масштаба для отсчета влагосодержания d, то для удобства его сносят на горизонтальную прямую, проходящую через начало координат.

На i-d диаграмму наносят также кривую парциального давления водяного пара. С этой целью используют уравнение:

Р п = В*d/(0,622 + d),

Hешая которое для переменных значений d получаем, что, например при d=0 Р п =0, при d=d 1 Р п =Р п1 , при d=d 2 Р п =Р п2 и т.д. Задаваясь определенным масштабом для парциальных давлений, в нижней части диаграммы в прямоугольной системе осей координат по указанным точкам строят кривую Р п =f(d). После этого на i-d диаграмму наносят кривые линии постоянной относительной влажности (φ = const). Нижняя кривая φ = 100% характеризует состояние воздуха, насыщенного водяным паром (кривая насыщения ).

Также на i-d диаграмме влажного воздуха строятся прямые линии изотерм (t = const), характеризующие процессы испарения влаги с учетом дополнительного количества теплоты, вносимой водой, имеющей температуру 0 о С.

В процессе испарения влаги энтальпия воздуха остается постоянной, так как теплота, отбираемая от воздуха для подсушивания материалов, возвращается обратно к нему вместе с испаренной влагой, то есть в уравнении:

i = i в + d*i п

Уменьшение первого слагаемого будет компенсироваться увеличением второго слагаемого. На i-d диаграмме этот процесс проходит по линии (i = const) и носит условное название процесса адиабатного испарения . Пределом охлаждения воздуха является адиабатная температура мокрого термометра, которую находят на диаграмме как температуру точки на пересечении линий (i = const) с кривой насыщения (φ = 100%).

Или другими словами, если из точки А (с координатами i = 72 кДж/кг, d = 12,5 г/ кг сух. возд., t = 40 °C, V = 0,905 м 3 /кг сух. воз. φ = 27%), выделяющей некоторое состояние влажного воздуха, провести вниз вертикальный луч d = const, то он будет представлять собой процесс охлаждения воздуха без изменения его влагосодержания; значение же относительной влажности φ при этом постепенно нарастает. При продолжении этого луча до пересечения с кривой φ = 100% (точка "В" с координатами i = 49 кДж/кг, d = 12,5 г/ кг сух. возд., t = 17,5 °C, V = 0,84 м 3 /кг сух. воз. j = 100%), мы получаем наименьшую температуру t p (она называется температурой точки росы ), при которой воздух с данным влагосодержанием d ещё способен сохранять пары в неконденсированном виде; дальнейшее понижение температуры приводит к выпадению влаги либо во взвешенное состояние (туман), либо в виде росы на поверхностях ограждений (стенах вагона, продуктах), или инея и снега (трубах испарителя холодильной машины).

Если воздух в состоянии А увлажнять без подвода или отвода тепла (например, с открытой водной поверхности), то процесс характеризующийся линией АС, будет происходить без изменения энтальпии (i = const). Температура t м на пересечении этой линии с кривой насыщения (точка "С" с координатами i = 72 кДж/кг, d = 19 г/ кг сух. возд., t = 24 °C, V = 0,87 м 3 /кг сух. воз. φ = 100%) и есть температура мокрого термометра .

С помощью i-d удобно анализировать процессы, происходящие при смешивании потоков влажного воздуха.

Также i-d диаграмма влажного воздуха широко применятся для расчетов параметров кондиционирования воздуха, под которым понимают совокупность средств и способов воздействия на температуру и влажность воздуха.

I-d диаграмма влажного воздуха была создана в 1918 году Л.К. Рамзиным. Плодами труда этого русского учёного пользуются до сих пор. Его диаграмма в настоящее время остаётся верным и надёжным инструментом при расчётах основных свойств влажного воздуха.

Так как расчёт изменения состояния атмосферного воздуха связан с проведением сложных вычислений, то обычно пользуются более простым и удобным методом. Т.е. применяют Рамзина, которую ещё называют психрометрической диаграммой.

В координатах i-d диаграммы нанесены зависимости основных параметров влажного воздуха. Это температура, влагосодержание, относительная влажность, энтальпия. При заданном барометрическом давлении по оси ординат откладывают энтальпию на 1 кг сухого воздуха (кДж/кг). По оси абсцисс откладывают влагосодержание воздуха в г на 1 кг сухого воздуха.

Система координат i-d диаграммы является косоугольной. Угол между осями равен 135º. Такое расположение осей позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха. Таким образом, диаграмма становится более удобной для графических построений.

Линии постоянной энтальпии I=const проходят под углом 135º к оси ординат. Линии постоянного влагосодержания d=const проходят параллельно оси ординат.

Образованная линиями I=const и d=const сетка состоит из параллелограммов. На них строят линии изотерм t=const и линии постоянных относительных влажностей φ=const.

Стоит отметить, что хоть изотермы и представляют собой прямые линии, но они вовсе не параллельны между собой. Угол их наклона к горизонтальной оси различен. Чем ниже температура, тем более параллельны изотермы между собой. Линии температур, изображённые на диаграмме, соответствуют значениям по сухому термометру.

Кривую с относительной влажностью φ=100 % строят исходя из данных таблиц насыщенного воздуха. Выше этой кривой на диаграмме располагается область ненасыщенного влажного воздуха. Соответственно ниже этой кривой расположена область перенасыщенного влажного воздуха. Влага насыщенного воздуха, характеризующаяся данной областью, находится в жидком или твёрдом состоянии. Т.е. представляет собой туман. Данная область диаграммы не используется в расчётах характеристик влажного воздуха, поэтому её построение опускается.

Все точки диаграммы характеризуют конкретное состояние влажного воздуха. Чтобы определить положение любой точки нужно знать два параметра состояния влажного воздуха из четырёх - I, d, t или φ.

Влажный воздух в любой точке i-d диаграммы характеризуется определённым влаго- и теплосодержанием. Все точки расположенные выше кривой φ=100 %, характеризуют такое состояние влажного воздуха, при котором водяной пар в воздухе находится в перегретом состоянии. Точки, расположенные на кривой φ=100 %, так называемой кривой насыщения, характеризуют насыщенное состояние водяного пара в воздухе. Все точки, распложенные ниже кривой насыщения, характеризуют состояние, при котором температура влажного воздуха ниже температуры насыщения. Следовательно, в воздухе будет находиться влажный пар. Это означает, что влага в воздухе будет состоять из смеси сухого пара и капелек воды.

При решении практических задач i-d диаграмма применяется не только для вычисления параметров состояния воздуха. С её помощью также строят изменения его состояния при процессах нагревания, охлаждения, увлажнения, осушения, а также их произвольном сочетании. В расчётах часто используются такие параметры воздуха как температура точки росы t р и температура мокрого термометра t м. Оба параметра могут быть построены на i-d диаграмме.

Температура точки росы t р - это температура, соответствующая значению до которого должен быть охлаждён влажный воздух, чтобы стать насыщенным при постоянном влагосодержании (d=const). На i-d диаграмме температура точки росы t р определяется следующим образом. Берётся точка, характеризующая заданное состояние влажного воздуха. Из неё проводим параллельно оси ординат прямую до пересечения с кривой насыщения φ=100 %. Та изотерма, которая будет пересекать эту кривую в полученной точке, и будет показывать температуру точки росы t р при заданном влагосодержании воздуха.

Температура мокрого термометра t м - это температура при которой влажный воздух, охлаждаясь становится насыщенным при постоянном влагосодержании. Для определения температуры мокрого термометра на i-d диаграмме делают следующее. Через точку, характеризующую заданное состояние влажного воздуха проводят линию постоянной энтальпии I=const до пересечения с кривой насыщения φ=100 %. Значение температуры мокрого термометра будет соответствовать изотерме, проходящей через точку пересечения.

На i-d диаграмме все процессы перехода воздуха из одного состояния в другое изображаются кривыми, проходящими через точки, характеризующие начальное и конечное состояние влажного воздуха.

Как применять i-d диаграмму влажного воздуха? Как уже говорилось выше для определения состояния воздуха нужно знать любые два параметра диаграммы. Например, возьмем какую-либо температуру по сухому термометру и какую-либо температуру по мокрому термометру. Найдя точку пересечения линий этих температур, получим состояние воздуха при заданных температурах. Таким образом, данная точка чётко характеризует состояние воздуха. Аналогично примеру, по этим температурам можно найти состояние воздуха в любой точке i-d диаграммы.

Нашли ошибку? Выделите её и нажмите Ctrl+Enter . Будем благодарны за помощь.

hd-диаграмма влажного воздуха (рис. 14.1), предложенная в 1918 ᴦ.

Рис.14.1. hd-диаграмма влажного воздуха

Л. К.Рамзиным, широко используется для решения практических задач в тех областях, где рабочим телом служит влажный воздух. По оси ординат откладывают энтальпию h, кДж/кг влажного воздухa, а по оси абсцисс влагосодержание d,г/кг с.в. Для удобства (сокращение площади диаграммы) ось абсцисс направлена под углом 135° к оси ординат. На данной диаграмме вместо наклонной оси абсцисс проведена горизонтальная линия, на которой нанесены действительные значения d.На hd-диаграмме линии h=const -это циклонные линии, а линии d=const -вертикальные прямые.

Из уравнения

следует, что в координатах hd изотермы изображаются прямыми линиями. Вместе с тем, на диаграмму наносят кривые φ=const.

Кривая φ=100%делит поле на две области и является своего рода пограничной кривой: φ<100% характеризует область ненасы­щенного влажного воздуха (в воздухе содержится перегретый пар); φ >100% - область, в которой влага находится в воздухе час­тично в капельном состоянии;

φ-100%характеризует насыщен­ный влажный воздух.

За начало отсчета параметров влажного воздуха выбирают точку 0,для которой Т=273,15 К, d=0, h=0.

Любая точка на hd-диаграмме определяет физическое состоя­ние воздуха. Для этого должны быть заданы два параметра (к примеру, φ и t или h u d).Изменение состояния влажного воз­духа изобразится на диаграмме линией процесса. Рассмотрим ряд примеров.

1) Процесс нагревания воздуха происходит при постоянном влагосодержании, так как количество пара в воздухе в данном случае не изменяется. На hd-диаграмме данный процесс изображается лини­ей 1-2 (рис.14.2). В данном процессе повышаются температура и энтальпия воздуха, и уменьшается его относительная влажность.

Рис. 14.2 Изображение на hd- диа-

грамме характерных процессов

изменения состояния воздуха

2) Процесс охлаждения воздуха на участке над кривой φ-100%также протекает при постоянном влагосодержании (процесс 1-5). В случае если продолжать процесс охлаждения до точки 5" -неположенной на кривой φ-100%,то в данном состоянии влажный воздух будет насыщенным. Температура в точке 5" есть температу­ра точки росы. Дальнейшее охлаждение воздуха (ниже точки 5")приводит к конденсации части водяного пара.

3) В процессе адиабатного осушения воздуха конденсация влага происходит за счёт теплоты влажного воздуха без внешнего тепло­обмена. Этот процесс протекает при постоянной энтальпии (процесс 1-7), причем влагосодержание воздуха уменьшается, а температура его увеличивается.

4) Процесс адиабатного увлажнения воздуха, сопровождающий­ся увеличением влагосодержания воздуха и уменьшением его темпе­ратуры, изображен на диаграмме линией 1- 4.

Процессы адиабатного увлажнения и осушения воздуха широко используются для обеспечения заданных параметров микроклима­та в сельскохозяйственных производственных помещениях.

5) Процесс осушения воздуха при постоянной температуре изображается линией 1-6, а процесс увлажнения воздуха при постоян­ной температуре - линией 1-3.

Hd- диаграмма влажного воздуха - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Hd- диаграмма влажного воздуха" 2017, 2018.

I-d диаграмма влажного воздуха - диаграмма, широко используемая в расчетах систем вентиляции, кондиционирования , осушки и других процессов, связанных с изменением состояния влажного воздуха. Впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Леонидом Константиновичем Рамзиным.

Различные I-d диаграммы

I-d диаграмма влажного воздуха (Диаграмма Рамзина):

Увеличить

Увеличить

Увеличить

Увеличить

Описание диаграммы

I—d-диаграмма влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров. Диаграмма построена в косоугольной системе координат, что позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха и делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части воздуха.

Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры t = const, которые не параллельны между собой — чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. В нижней части I—d-диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара pп, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара pп.