CC BY
19
Применение h — d- и s — ¿/-диаграмм для расчета
утилизаторов
ЦУЙ ЯНЬ МЭЙ, д-р тех.наук О.П. ИВАНОВ
СПбГУНиПТ
H-d-diagram is wide using for calculation of processes in air conditioning systems, s-d-diagram has not found wide application till now. However coordinated use of h-d- and s-d-diagrams in the express calculations have some advantages. In this paper h-d and s-d diagrams use for calculation of heat exchanger efficiency is shown.
Для исследования изменения состояния парогазовой смеси, в которой один из ее компонентов, находящийся в паровом либо сконденсированном состоянии, присутству-етлишь в небольшом количестве, наиболее удобным является использование совмещенных И — ¿/- и 5 — ¿/-диаграмм (И и л — удельные энтальпия и энтропия, ¿/ — массовое или молярное влагосодержание).
Наглядное представление об изменении состояния влажного воздуха дает И - ¿/-диаграмма, широко применяемая в практике проектирования систем вентиляции (СВ) и кондиционирования (СК). Такая диаграмма может быть построена и для произвольной парогазовой смеси. Анализируя формулы энтальпии влажного воздуха, можно прийти к выводу, что изотермы в координатах Л — ¿/ являются прямыми линиями, однако, учитывая различие формул энтальпии для насыщенного и ненасыщенного влажного воздуха, изотермы должны иметь излом при переходе через линию ф= 111 ], где ф - относительная влажность.
Энтальпия влажного воздуха в каждой системе характеризуется экстенсивным параметром состояния И =Л0, где / — температура.
По уравнению упругости пара над водой или надо льдом рассчитывают давление насыщенного пара рни =./{/), соответствующее /.
Учитывая, что давление влажного воздухар =рп + рв (где рп - парциальное давление ненасыщенного пара,рв - парциальное давление воздуха), получим
d = 0,622-
Ри
Р-Рп'
Рп
р-р„
Энтальпия ненасыщенного влажного воздуха может быть рассчитана по формуле
д И А / 1 \
Т77Т= г° + с”' ’ <0
Л = с “„(+£/ (Г„ + где г0—теплота парообразования (при температуре /=0°С г0 = 2500 кДж/кг);
с-0 - удельная теплоемкость воздуха в предположении, что она не зависит от температуры [при / = 0 °С с® =1,0061 кДж/(кгК)|;
(2)
срп — удельная теплоемкость перегретого водяного
пара, СрП = 1,86 кДж/( кг-К).
Аналогично И — ¿/-диаграмме, используя приведенные выше формулы, можно построить согласованную с ней 5 - ¿/-диаграмму, особенностью которой является то, что изотермы в ней не являются прямыми линиями [2, 3].
Энтропия влажного воздуха в каждой системе характеризуется экстенсивным параметром состояния 5 =А^Р)-Энтропия сухого воздуха
Т
- RIn
Р-Рп
(3)
РО - Рно
где /?в- газовая постоянная сухого воздуха, Яв = 0,28706 кДжДкг-К);
рно определяется из условия: /0 = 0, Т0 = 273,15 К, р0 =
0,6112 кПа при общем давлении смеси р = 101,325 кПа.
ds / + 273,15 „ , р„
—------= с In----------------R In ——
d(d) '■ 273,15 о
= c"ln
р 0‘
-Rn\n-^-+-
(4)
(5)
273,15 " рт 273,15
где /?п - газовая постоянная водяного пара,
/?п = 0,46151 кДжДкг-К).
Тогда энтропия влажного ненасыщенного воздуха, отнесенная к 1 кг сухого воздуха, вычисляется по формуле: •У =*в+ </*„• (6)
Все, что говорилось о преобразованиях в диаграмме А — ¿/, построенной для заданного давления р, можно применить и к диаграмме 5 — ¿/ [ 1 ]. При анализе изменений состояния влажного воздуха удобно пользоваться согласованными И — ¿/- и 5 - ¿/-диаграммами. Гак, изменение эксергии следует из формулы Дг = ДА — Тж Дл; (7)
АЕ= М(АИ - ГосД8) = Д//- 7осД^; (8)
где Тос - температура окружающей среды;
ДЯ, Д5 — определяются по соответствующим диаграммам.
Рассмотрим пример — теплообменник утилизатора. Произведена оценка эксергетической эффективности утилизатора с паропроницаемой насадкой |4, 5]. Тип утилизатора ХНВН(С>)-Е)2ТН, производительность по воздуху
150 м3/ч, уровень звукового давления 27с1В(А), избыточное давление 60 Па, ток 0,36 А, максимальная мощность 70 Вт, масса 25кг.
По диаграммам (рис. 1) определим параметры воздуха (табл. 1).
Таким образом, можно получить эксергетический КПД в утилизаторе (табл. 2).
При проведении эксергетического термодинамического анализа процессов и циклов СКВ легко рассчитывается величина изменения эксергии « теплоты» и «холода» .
Список литературы
1. Иванов О.//Теоретические основы кондиционирования и жизнеобеспечения / Текст лекций. - СПб.: СП6ГАХПТ,1997.
2. Иванов О.П., Немировская В.В., Чачанидзе М.К. Диаграмма 5-</ влажного воздуха // Пути интенсификации производства и применение искусств холода в отраслях АПК. — М.: ВНИКТИхолодпром, 1985.
Параметры воздуха
Таблица 1
Точка У У. н, н
Температура t. ■c Холодный период +20 +6 + 14 0
Теплый период +26 + 30,9 +28,1 +33
Относительная влажность ф, % Холодный период 60 62 48,6 30
Теплый период 50 69 69 80
Влагосодержание d, кг/г Холодный период 8,7 3,6 4,8 1.2
Теплый период 10,5 19,5 16,5 25,7
Энтальпия h, кДж/кг Холодный период 42,3 15,03 26,2 2,9
Теплый период 52,9 81,02 70,5 99,1
Энтропия S, кДжДкг-К) Холодный период 0,151 0,055 0,092 0,009
Теплый период 0,184 0,284 0,247 0,324
Таблица 2
Эксергетический КПД
Эксергетический КПД: Т1Е = ДЕ,/ДЕг ул холодный '•е 65 %
*1 горячий чЕ 49 %
Израсходованный эксергетический КПД: IV = 1 - 0/ДЕй1р ул тэ( холодный) Iflp 62 %
тэ(горячий) *пр 49%
Максимальный эксергетический КПД: Пе,™, = у» холодный ■Е(пих) 76 %
■pi горячий ■Е<пмх) 74 %
Эксергетический КПД с вентиляторами: 1Е(с = ДЕ,/(ДЕ2+ХДЫ) ■р холодный •Е(с кн-ми) 29 %
п горячий •Е(с вен-ми) 39%
Здесь ДБ,- изменение эксергии нафевасмого или охлаждаемого воздуха; ДЕ2- изменение эксергии греющего или охлаждающего воздуха; О - эксергетические потери; ДЕ>ч>- израсходованная эксергия; ДЕ^- максимальная эксергия; - затраты мощности вентиляторов.
!. Иванов О. П. Оптимизация оборудования и транспортных систем кондиционирования и жизнеобеспечения /Текстлекций. -СПб.: СП6ГАХПТ,1994. к Иванов О.П. Выбор оборудования для утилизации тепла и холода в системах кондиционирования воздуха // Холодильная техника. 1982. №6.
• Osamy Tanaka. An analysis as simultaneous heat and water vapor exchange through a flat paper plate cross flow total heat exchanger. Int.Y.Heat Mas. Transter. Vol 27. No 12. 1984.
