stringtranslate.com

Психрометрика

Психрометрия (или психрометрия , от греческого ψυχρόν (псухрон)  «холод» и μέτρον (метрон)  «средство измерения»; [1] [2] также называемая гигрометрией ) — область техники, изучающая физические и термодинамические свойства газа . - паровые смеси .

Общие приложения

Хотя принципы психрометрии применимы к любой физической системе, состоящей из парогазовых смесей, наиболее распространенной системой, представляющей интерес, является смесь водяного пара и воздуха из-за ее применения в отоплении, вентиляции, кондиционировании воздуха и метеорологии . С человеческой точки зрения наш тепловой комфорт во многом является следствием не только температуры окружающего воздуха, но (поскольку мы охлаждаемся через потоотделение) степени, в которой этот воздух насыщен водяным паром.

Многие вещества гигроскопичны , то есть притягивают воду, обычно пропорционально относительной влажности или выше критической относительной влажности . К таким веществам относятся хлопок, бумага, целлюлоза, другие изделия из древесины, сахар, оксид кальция (негашеная известь) и многие химикаты и удобрения. Промышленности, использующие эти материалы, заботятся о контроле относительной влажности при производстве и хранении таких материалов. Относительная влажность часто контролируется в производственных помещениях, где работают с легковоспламеняющимися материалами, чтобы избежать пожаров, вызванных разрядами статического электричества, которые могут возникнуть в очень сухом воздухе.

В промышленных применениях сушки, таких как сушка бумаги, производители обычно пытаются достичь оптимума между низкой относительной влажностью, которая увеличивает скорость сушки, и потреблением энергии, которое снижается по мере увеличения относительной влажности выхлопных газов. Во многих промышленных применениях важно избегать образования конденсата , который может испортить продукт или вызвать коррозию.

С плесенью и грибками можно бороться, поддерживая низкую относительную влажность. Грибы, разрушающие древесину, обычно не растут при относительной влажности ниже 75%.

Психрометрические свойства

Температура по сухому термометру (DBT)

Температура по сухому термометру — это температура, показываемая термометром, помещенным на воздух в месте, защищенном от прямой солнечной радиации. Термин «сухой термометр» обычно добавляют к температуре, чтобы отличить ее от температуры по влажному термометру и температуры точки росы. В метеорологии и психрометрике само слово «температура» без приставки обычно означает температуру по сухому термометру. Технически это температура, регистрируемая сухим термометром психрометра. Название подразумевает, что чувствительная лампочка или элемент на самом деле сухая. ВМО предоставляет 23-страничную главу, посвященную измерению температуры. [3]

Температура по влажному термометру (WBT)

Термодинамическая температура по влажному термометру — это термодинамическое свойство смеси воздуха и водяного пара. Значение, показываемое термометром по влажному термометру, часто обеспечивает адекватное приближение к термодинамической температуре по влажному термометру.

Точность простого термометра с мокрым термометром зависит от того, насколько быстро воздух проходит через колбу и насколько хорошо термометр защищен от лучистой температуры окружающей среды. Лучше всего двигаться со скоростью до 5000 футов/мин (~60 миль в час, 25,4 м/с), но перемещать термометр на такой скорости может быть опасно. Погрешности до 15 % могут возникать, если движение воздуха слишком медленное или присутствует слишком много лучистого тепла (например, от солнечного света).

Температура по влажному термометру, измеренная при движении воздуха со скоростью около 1–2 м/с, называется температурой экрана , тогда как температура, измеренная при движении воздуха со скоростью около 3,5 м/с или более, называется температурой стропы .

Психрометр – это устройство, включающее в себя термометр с сухим и мокрым термометром. Психрометр с петлей требует ручного управления для создания потока воздуха над колбами, но психрометр с приводом включает в себя вентилятор для этой функции. Зная как температуру по сухому термометру (DBT), так и температуру по влажному термометру (WBT), можно определить относительную влажность (RH) по психрометрической диаграмме, соответствующей давлению воздуха.

Температура точки росы

Температура насыщения влаги, присутствующей в образце воздуха, также может быть определена как температура, при которой пар превращается в жидкость (конденсация). Обычно уровень, на котором водяной пар превращается в жидкость, отмечает основание облака в атмосфере, поэтому его называют уровнем конденсации. Поэтому значение температуры, при котором происходит этот процесс (конденсация), называется «температурой точки росы». Упрощенное определение — это температура, при которой водяной пар превращается в «росу» (Чамунода Замбуко, 2012).

Влажность

Удельная влажность

Удельная влажность определяется как отношение массы водяного пара к массе пробы влажного воздуха (включая как сухой воздух, так и водяной пар); он тесно связан с коэффициентом влажности и всегда ниже по значению.

Абсолютная влажность

Масса водяного пара на единицу массы сухого воздуха, содержащего водяной пар. Эта величина также известна как плотность водяного пара. [4]

Относительная влажность

Отношение давления пара влаги в образце к давлению насыщенного пара при температуре сухого термометра образца.

Удельная энтальпия

Аналог удельной энтальпии чистого вещества. В психрометрике этот термин количественно определяет общую энергию сухого воздуха и водяного пара на килограмм сухого воздуха.

Удельный объем

Аналог удельному объему чистого вещества. Однако в психрометрике этот термин количественно определяет общий объем как сухого воздуха, так и водяного пара на единицу массы сухого воздуха.

Психрометрическое соотношение

Психрометрическое соотношение — это отношение коэффициента теплоотдачи к произведению коэффициента массоотдачи и влажного тепла на смоченной поверхности. Его можно оценить с помощью следующего уравнения: [5] [6]

где:
  • = Психрометрическое соотношение, безразмерное
  • = коэффициент конвективной теплопередачи, Вт·м- 2 К -1
  • = коэффициент конвективного массообмена, кг·м -2 ·с -1
  • = влажное тепло, Дж кг -1 К -1

Психрометрическое соотношение является важным свойством в области психрометрии, поскольку оно связывает абсолютную влажность и влажность насыщения с разницей между температурой сухого термометра и температурой адиабатического насыщения .

Смеси воздуха и водяного пара — наиболее распространенные системы, встречающиеся в психрометрии. Психрометрическое отношение паровоздушных смесей примерно равно единице, что означает, что разница между температурой адиабатического насыщения и температурой по влажному термометру паровоздушных смесей невелика. Это свойство систем воздух-вода упрощает расчеты сушки и охлаждения, часто выполняемые с использованием психрометрических соотношений.

Влажная жара

Влажное тепло — это удельная теплота влажного воздуха при постоянном давлении на единицу массы сухого воздуха. [7] Влажное тепло — это количество тепла, необходимое для изменения температуры единицы массы смеси водяного пара и воздуха на 1 °C.

Давление

Многие психрометрические свойства зависят от концепции давления :

Психрометрические диаграммы

[8]

Психрометрическая диаграмма высоты уровня моря.

Терминология

Психрометрическая диаграмма — это график термодинамических параметров влажного воздуха при постоянном давлении, часто приравниваемом к высоте над уровнем моря. Показанная здесь психрометрическая диаграмма в стиле ASHRAE была впервые предложена Уиллисом Кэрриером в 1904 году. [9] Она отображает эти параметры и, таким образом, представляет собой графическое уравнение состояния . Параметры:

где:
  • = Масса сухого воздуха
  • = Масса водяного пара
  • = Общий объем
  • = удельный объем влажного воздуха, м 3 кг −1
  • = Коэффициент влажности

Психрометрическая диаграмма позволяет определить все параметры некоторого влажного воздуха по любым трем независимым параметрам, одним из которых должно быть давление. Изменения состояния , например, когда смешиваются два воздушных потока, можно легко и в некоторой степени графически смоделировать, используя правильную психрометрическую диаграмму для давления воздуха или высоты над уровнем моря в данном месте. Для мест на высоте не более 2000 футов (600 м) обычной практикой является использование психрометрической карты уровня моря.

На диаграмме ω - t температура по сухому термометру ( t ) отображается по оси абсцисс (горизонтальная ось), а коэффициент влажности ( ω ) отображается по оси ординат (вертикальная ось). Таблица действительна для данного давления воздуха (или высоты над уровнем моря). Все остальные можно определить по любым двум независимым из шести параметров: температуре по сухому термометру, температуре по влажному термометру, относительной влажности, коэффициенту влажности, удельной энтальпии и удельному объему. Возможны комбинации независимых и производных параметров .

Расположение параметров на графике

* Температура по сухому термометру: эти линии нарисованы прямыми, не всегда параллельными друг другу и слегка наклоненными от вертикального положения. Это ось t , ось абсцисс (горизонтальная). Каждая линия представляет постоянную температуру.

* Температура точки росы: от точки состояния [ необходимо разъяснение ] проведите горизонтальную линию постоянного коэффициента влажности до точки пересечения 100% относительной влажности, также известной как кривая насыщения . Температура точки росы равна температуре полного насыщения по сухому или влажному термометру.

* Температура по влажному термометру: эти линии представляют собой косые линии, которые немного отличаются от линий энтальпии. Они одинаково прямые, но не совсем параллельны друг другу. Они пересекают кривую насыщения в точке DBT.

* Относительная влажность: эти гиперболические линии показаны с интервалом 10%. Кривая насыщения соответствует 100% относительной влажности, тогда как сухой воздух соответствует 0% относительной влажности.

* Коэффициент влажности: это горизонтальные линии на графике. Коэффициент влажности обычно выражается как масса влаги на массу сухого воздуха (фунты или килограммы влаги на фунт или килограмм сухого воздуха соответственно). Диапазон составляет от 0 для сухого воздуха до 0,03 (фунт-мВт/фунт-ма) на правой оси ω , ординатной или вертикальной оси диаграммы.

* Удельная энтальпия: это наклонные линии, проведенные по диагонали вниз слева направо поперек диаграммы и параллельные друг другу. Они не параллельны температурным линиям по влажному термометру.

* Удельный объем: это семейство почти параллельных прямых линий, расположенных на равном расстоянии друг от друга.

Область над кривой насыщения представляет собой двухфазную область, представляющую собой смесь насыщенного влажного воздуха и жидкой воды, находящихся в тепловом равновесии.

Транспортир в левом верхнем углу диаграммы имеет две шкалы. Внутренняя шкала представляет коэффициент полезного общего тепла (SHF). Внешняя шкала показывает отношение разницы энтальпии к разности влажности. Это используется для определения наклона линии условия между двумя процессами. Горизонтальная составляющая линии состояния представляет собой изменение явного тепла, а вертикальная составляющая — изменение скрытого тепла. [12] [13] [14]

Как читать график: фундаментальные примеры

Психрометрические диаграммы [15] доступны в единицах СИ (метрических) и IP (США/имперских). Они также доступны в диапазоне низких и высоких температур и для различного давления.

Распространенным вариантом этой задачи является определение конечной влажности воздуха, выходящего из змеевика испарителя кондиционера, который затем нагревается до более высокой температуры. Предположим, что температура на выходе из змеевика составляет 10 °C (50 °F) и нагревается до комнатной температуры (не смешивается с воздухом помещения), что определяется путем отслеживания горизонтального соотношения влажности от точки росы или линии насыщения до сухости помещения. Линия температуры лампы и считывание относительной влажности. Обычно кондиционированный воздух смешивается с воздухом помещения, в который проникает наружный воздух.
Диаграмма Молье (диаграмма), единицы IP

Диаграмма Молье

Диаграмма «Моллер i - x » (Коэффициент смешивания энтальпия - влажность), разработанная Рихардом Мольером в 1923 году [16], представляет собой альтернативную психрометрическую диаграмму, которую предпочитают многие пользователи в Германии, Австрии, Швейцарии, Нидерландах, Бельгии, Франции, Скандинавия, Восточная Европа и Россия. [17]

Данные основных психрометрических параметров для психрометрической диаграммы и диаграммы Молье идентичны. На первый взгляд между таблицами мало сходства, но если повернуть карту на девяносто градусов и посмотреть на нее в зеркало, сходство станет очевидным. Координатами диаграммы Молье являются энтальпия и коэффициент влажности. Координата энтальпии перекошена , а линии постоянной энтальпии параллельны и равномерно расположены. В психрометрических диаграммах ASHRAE с 1961 года используются аналогичные координаты. В некоторых психрометрических диаграммах используются координаты температуры и влажности по сухому термометру .

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Генри Джордж Лидделл, Роберт Скотт, «психрон», греко-английский лексикон.
  2. ^ Генри Джордж Лидделл, Роберт Скотт, «метрон», греко-английский лексикон
  3. ^ Всемирная метеорологическая организация. (2008) Руководство по метеорологическим приборам и методам наблюдений. ВМО-8. Седьмое издание. Глава 2. Измерение температуры.
  4. ^ "Погодный словарь AMS" . Американское метеорологическое общество. Архивировано из оригинала 16 октября 2012 года . Проверено 18 сентября 2011 г.
  5. ^ http://www.che.iitb.ac.in/courses/uglab/manuals/coollabmanual.pdf. Архивировано 21 июля 2011 г. на Wayback Machine , доступ: 20080408.
  6. ^ http://www.probec.org/fileuploads/fl120336971099294500CHAP12_Dryers.pdf. Архивировано 27 июля 2011 г. на Wayback Machine , доступ: 20080408.
  7. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинала 30 октября 2006 г. Проверено 10 апреля 2008 г.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  8. ^ Осушение в промышленности и строительстве . 2012.
  9. ^ Гатли, ДП (2004). «Психрометрическая диаграмма отмечает 100-летие». Журнал ASHRAE . 46 (11): 16–20.
  10. ^ «Модуль 7: Применение психрометрических отношений» . Проверено 13 октября 2021 г.
  11. ^ Справочник ASHRAE 2001 г. - Основы (SI) . Скотт А. Зе, Нэнси Ф. Тайселл и Джейн Э. Джексон. 2001. с. 6.8.
  12. ^ Куц, Майер (Эд). (2006) Справочник инженера-механика. Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья.
  13. ^ Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (1997). Справочник по основам ASHRAE
  14. ^ Биаска, Карин. «Учебное пособие по психрометрическим диаграммам». Архивировано 2 января 2011 г. на Wayback Machine , по состоянию на 20 ноября 2010 г.
  15. ^ Инициатива Гавайских энергетических и экологических технологий (HEET) . Июль 2016.
  16. ^ Мольер, Р. 1923. «Новая диаграмма для влажного потока». ЗВДИ 67(9)
  17. ^ Тодорович, Б., ASHRAE Transactions DA-07-024 (113-1), 2007 г.

Внешние ссылки

Поищите психрометрию  или психрометрию в Викисловаре, бесплатном словаре.