Как определить объем воздуха: Как посчитать объем воздуха в помещении

Содержание

2.1. Расчет объема воздуха, необходимого для горения

Расчет объема воздуха, необходимого для горения, предполагает вычисление

а) теоретического объема воздуха V_в^теор и б) практического объема воздуха V_в^пр, затраченного на горение (с учетом коэффициента избытка воздуха).

Стехиометрическое количество воздуха в уравнении реакции горения предполагает, что при данном соотношении компонентов, участвующих в реакции горения, воздух расходуется полностью. Объем воздуха в данном случае называется теоретическим (V_в^теор).

Горение может происходить не только при стехиометрическом соотношении компонентов, но и при значительном отклонении от него. Как правило, в условиях пожара на сгорание вещества воздуха затрачивается больше, чем определяется теоретическим расчетом. Избыточный воздух V_в в реакции горения не расходуется и удаляется из зоны реакции вместе с продуктами горения.

Таким образом, практический объем воздуха равен

V_в^пр = V_в^теор + V_в (2.1)

и, следовательно, избыток воздуха будет равен

V_в= V_в^пр— V_в^теор (2.2)

Обычно в расчетах избыток воздуха при горении учитывается с помощью коэффициента избытка воздуха (). Коэффициент избытка воздуха показывает, во сколько раз в зону горения поступило воздуха больше, чем это теоретически необходимо для полного сгорания вещества:

(2.3)

Для горючих смесей стехиометрического состава (т. е. состава, соответствующего уравнению реакции горения) коэффициент избытка воздуха  = 1, при этом реальный расход воздуха равен теоретическому. В этом случае обеспечивается оптимальный режим горения.

При  > 1 горючую смесь называют бедной по горючему компоненту, а при  < 1 – богатой по горючему компоненту.

Избыток воздуха имеется только в смеси, бедной по горючему компоненту. Из формул (3.2) и (3.3) следует

V_в= V_в^теор( 1) (2.4)

В закрытом объеме диффузионное горение большинства горючих материалов возможно только до определенной пороговой концентрации кислорода, так называемой

остаточной концентрации кислорода в продуктах горения  (О₂)^ПГ. Для большинства органических веществ она составляет 12 – 16 % О₂. Для некоторых веществ, например, ацетилена С₂Н₂, ряда металлов, горение возможно и при значительно меньшем содержании кислорода (до 5 % объемных О₂).

Зная содержание кислорода в продуктах горения, можно определить коэффициент избытка воздуха (коэффициент участия воздуха в горении) на реальном пожаре:

(2.5)

2.1.1. Горючее – индивидуальное химическое соединение

Теоретический объем воздуха, необходимый для горения рассчитывается по уравнению реакции горения.

Расчет теоретического объема воздуха, необходимого для горения индивидуального вещества

Пример 2.4. Какой теоретический объем воздуха необходим для полного сгорания 1 кг диэтилового эфира С₂Н₅ОС₂Н₅? Температура 10⁰С, давление 1,2 ат

1. Записываем уравнение реакции горения

1 кг х м³

С₂Н

5ОС₂Н₅ + 6(О₂ + 3,76N₂) =4СО₂ + 5Н₂О +63,76N₂

М = 74 кг 64,76  V_м =

=64,7619,35 м³

2. Записываем в уравнении известные и неизвестные величины с указанием размерности.

3. Молярная масса диэтилового эфира 74 кг/кмоль. Записываем эту величину под формулой эфира.

4. При нормальных условиях молярный объем (V_м) любого газообразного вещества составляет 22, 4 л/моль или 22,4 м³/кмоль.

Если условия отличаются от нормальных, то необходимо определить, какой объем будет занимать 1 кмоль любого газообразного вещества при данных условиях.

Расчет V_М ведут по формуле объединенного газового закона:

, где

Р и Т – данные в задаче температура и давление.

Рассчитаем, какой объем занимает 1 кмоль воздуха (как и любого другого газообразного вещества) при данных температуре и давлении.

м³/кмоль

Записываем данную величину под формулой воздуха, умножив ее на стехиометрический коэффициент (64,76).

5. По уравнению реакции найдем теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания эфира:

V_в^теор = 7,5 м³

Расчет объема воздуха, необходимого для горения индивидуального вещества

Пример 2. 5. Какой объем воздуха необходим для полного сгорания 50 кг ацетона СН₃СОСН₃ при температуре 23⁰С и давлении 95 кПа, если горение протекало с коэффициентом избытка воздуха 1,2?

1. Записываем уравнение реакции горения

50 кг х м³

СН₃СОСН₃ + 4(О₂ + 3,76N₂) = 3СО₂ + 3Н₂О +43,76N₂

М = 58 кг 44,76  V

м =

=44,7625,9 м³

2. Рассчитаем, какой объем занимает 1 кмоль воздуха (как и любого другого газообразного вещества) при данных температуре и давлении.

м³/кмоль

3. По уравнению реакции найдем теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания эфира:

V_в^теор = м³

4. По условию задачи коэффициент избытка воздуха  = 1,2.

С учетом этого определим практический объем воздуха, необходимый для горения:

V_в^пр = V_в^теор   = 425,1  1,2 = 510,1 м³.

Свойства воздуха. Энергия движущегося воздуха.

Небольшое введение о рабочей среде пневматических систем — воздухе.

Большая часть цехов на современных производствах снабжены разветвленной системой сжатого воздуха, который подается в помещения при относительно низких давлениях, обычно не превышающих 1МПа (10бар). Его подвод на рабочее место достаточно прост и осуществляется с помощью гибких трубопроводов небольшого сечения.

Поскольку жидкости и газы, обычно используемые на практике, мало загрязняют атмосферу, при их применении в производстве не требуется особенно тщательной герметизации пневматических систем. Это позволяет устанавливать на рабочем месте достаточно простые и недорогие устройства. Пневматические системы по мощности на единицу массы занимают промежуточное место между электрическими и гидравлическими системами и имеют ряд преимуществ. В частности, их функционирование малочувствительно к облучению и экстремальным температурам (как низким, так и высоким). Обслуживание материальной части довольно просто и может быть обеспечено малоквалифицированным персоналом.

Однако сжатый воздух имеет не только преимущества перед другими средами, но и недостатки. Он практически не обладает никакими смазывающими свойствами, что ведет к возникновению сухого трения достаточно большой величины. Кроме того, воздух всегда содержит определенную концентрацию паров воды. Последние конденсируются на стенках системы в виде влаги, которая удаляется с большим трудом. Эти обстоятельства являются важным фактором, поскольку очень часто влага оказывает вредное воздействие. Наконец, движение воздуха с большими скоростями часто сопровождается шумом, особенно в случае выпуска его в атмосферу.

Основным параметром газообразной среды является ее сжимаемость. Она характеризуется силой упругости, которая сообщает пневматическим системам определенную способность выдерживать случайные перегрузки. Но в то же время сжимаемость порождает склонность к возникновению в такой системе динамических колебаний, которые очень трудно подавить, чтобы создать качественный привод.

Из книги П.Андре Ж-М.Кофман Ф.Лот Ж-П.Тайар «Конструирование роботов»

Рабочим телом в пневматических системах управления является сжатый воздух, представляющий собой механическую смесь азота, кислорода и других газов, содержащихся в небольшом количестве (аргон, углекислый газ и г. д.), а также водяного пара.

Воздух, содержащий водяные пары, характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность определяется количеством водяного пара в единице объема воздуха. Отношение абсолютной влажности к максимальному количеству пара, которое могло бы содержаться в единице объема воздуха при тех же температуре и давлении, называют относительной влажностью. На практике при термодинамических расчетах используют параметры сухого воздуха. Поправку на влажность вносят только при особых требованиях к точности.

Основными и наиболее распространенными параметрами, характеризующими состояние сжатого воздуха, являются давление, температура и удельный объем (или плотность).

Давление

Давление P представляет собой силу, действующую по нормали к поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности. Атмосферным давлением условно принято считать давление, которое уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм, что соответствует среднему давлению атмосферы на уровне моря. Давление, отсчитываемое от величины атмосферного давления, называют избыточным или манометрическим. Его измеряют манометрами и указывают в технических характеристиках пневматических устройств.

В теоретические зависимости всегда подставляют абсолютное давление, которое равно сумме избыточного и атмосферного (барометрического) давлений и является параметром состояния газа.

В системе СИ единицей измерения давления служит паскаль (Па). Паскаль равен давлению, вызываемому силой в 1Н (ньютон), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1м². 1Па = 1Н/м².

Соотношение между основными единицами давления приведены в таблице:

Единица измерения	Единица измерения
Единица измерения	Па	кгс/см²	бар	psi	мм рт. ст.	мм вод. ст.
Па	1	1,02*10^-5	10^-5	1,45*10^-4	7,5*10^-3	0,102
кгс/см²	9,81*10⁴	1	0,98	14,22	735,6	10⁴
бар	10⁵	1,02	1	14,5	750	1,02*10⁴
psi	6,9*10³	0,07	0,069	1	51,71	703
мм рт. ст.	133,3	1,36*10^-3	1,33*10^-3	19,34*10^-3	1	13,6
мм вод. ст.	9,81	10^-4	9,81*10^-5	1,42*10^-3	7,36*10^-2	1

Параметром состояния газа является также абсолютная температура Т, отсчет которой ведут от абсолютного нуля, лежащего на 273° ниже нуля по шкале Цельсия, т.е. T = t°+273°, где t — температура в градусах Цельсия. Абсолютную температуру T измеряют в Кельвинах (К). Эта величина входит во все термо- и газодинамические зависимости.

Для измерения температуры наибольшее распространение получила международная стоградусная шкала — шкала Цельсия (в которой 0°С — точка плавления льда, а 100°С — точка кипения воды при атмосферном давлении), применяют и другие шкалы (см. таблицу ниже).

Шкала	Шкала
Шкала	Кельвина, К	Цельсия, °С	Фаренгейта, °F	Реомюра, °R
Кельвина, К	1	t°C + 273	(t°F-32)/1,8 + 273	1,25t°R + 273
Цельсия, °С	t°K — 273	1	(t°F-32)/1,8	1,25t°R
Фаренгейта, °F	1,8t°K — 459	1,8t°C + 32	1	9/4 t°R + 32
Реомюра, °R	0,8t°K — 218	0,8t°C	9/4 (t°F — 32)	1

Удельный объем

Удельный объем представляет собой объем, занимаемый единицей массы вещества (м³/кг)ν — V/m,

где V и m — соответственно объем и масса газа.

Величину, обратную удельному объему, называют плотностью ρ= 1/ν = m/V.

Иногда используют понятие удельного веса, под которым понимают вес вещества в единице его объема

γ= ρg , где g — ускорение свободного падения.

Параметры состояния газа ρ, ν, T однозначно связаны между собой уравнением состояния, вид которого в общем случае зависит от свойств газа:

F (P, ρ, Т) = 0.

Законы идеального газа.

Законы идеального газа. Сжатый воздух обычно рассматривают как идеальный газ, т. е. газ, у которого отсутствуют силы сцепления между молекулами, а молекулы являются материальными точками, не имеющими объема. Идеальный газ подчиняется следующим законам:

Закон Бойля-Мариотта: при постоянной температуре газа PV = const.
Закон Гей-Люссака: при постоянном давлении V/T = const.
Закон Шарля: при постоянном объеме газа P/T = const.

Все эти уравнения объединены в одно, которое является уравнением состояния идеального газа и называется уравнением Клайперона pV = mRT, или для единицы массы газа рν = RT.

Коэффициент пропорциональности R называется удельной газовой постоянной идеального газа массой 1кг, совершающего работу 1Дж при повышении температуры на 1К. Его значение зависит только от свойств газа. Для сухого воздуха R =287 Дж/(кг*К).

Реальный газ отличается от идеального в основном наличием сил внутреннего трения. Чем выше плотность реального газа, тем более он отличается от идеального. Динамический коэффициент вязкости η_д, Па*с, который определяется силами внутреннего трения, связан с кинематическим коэффициентом вязкости ν_k, м²/с, следующей зависимостью: ν_k= η_д/ρ.

Вязкость воздуха зависит от температуры следующим образом:

η_д1 = η_д ( T₁/273)^0,75 , где η_д1 — динамический коэффициент вязкости при температуре 273К (0°С).

Из справочника «Пневматические устройства и системы в машиностроении» под ред. Е.В.ГЕРЦ

Как рассчитать объем воздуха

Обновлено 14 декабря 2020 г.

Автор: Элиза Хансен

Представьте, что вы аквалангист, и вам нужно рассчитать объем воздуха в вашем баллоне. Или представьте, что вы надули воздушный шар до определенного размера, и вам интересно, какое давление внутри воздушного шара. Или предположим, что вы сравниваете время приготовления в обычной духовке и в тостере. С чего начать?

Все эти вопросы касаются объема воздуха и взаимосвязи между давлением, температурой и объемом воздуха. И да, они родственники! К счастью, для этих отношений уже разработан ряд научных законов. Просто нужно научиться их применять. Мы называем эти законы газовыми законами.

Давление и объем воздуха: Закон Бойля

Закон Бойля определяет зависимость между объемом газа и его давлением. Подумайте вот о чем: если вы возьмете коробку, полную воздуха, а затем сожмете ее наполовину, у молекул воздуха будет меньше места для перемещения, и они будут чаще сталкиваться друг с другом. Эти столкновения молекул воздуха друг с другом и со стенками контейнера создают давление воздуха.

Закон Бойля не учитывает температуру, поэтому температура должна быть постоянной чтобы использовать ее.

Закон Бойля гласит, что при постоянной температуре объем определенной массы (или количества) газа изменяется обратно пропорционально давлению.

В форме уравнения это:

P_1V_1=P_2V_2

где P ₁ и V ₁ — начальные объем и давление, а P ₂ и V ₂ — новые объем и давление.

Пример : Предположим, вы проектируете акваланг, в котором давление воздуха составляет 3000 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм), а объем (или «емкость») баллона составляет 70 кубических футов. Если вы решите сделать резервуар с более высоким давлением 3500 фунтов на квадратный дюйм, каким будет объем резервуара, если вы наполните его таким же количеством воздуха и сохраните ту же температуру? 93

Итак, вторая версия вашего акваланга будет на 60 кубических футов.

Температура и объем воздуха: закон Чарльза

Как насчет соотношения между объемом и температурой? Более высокие температуры заставляют молекулы ускоряться, все сильнее и сильнее сталкиваясь со стенками своего контейнера и выталкивая его наружу. Закон Чарльза дает математику для этой ситуации.

Закон Чарльза гласит, что при постоянном давлении объем данной массы (количества) газа прямо пропорционален его (абсолютной) температуре.

Или:

\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}

Согласно закону Шарля давление должно поддерживаться постоянным, а температура должна измеряться в градусах Кельвина.

Давление, температура и объем: комбинированный газовый закон

А что, если в одной задаче объединить давление, температуру и объем? Для этого тоже есть правило. Закон о комбинированном газе берет информацию из законов Бойля и закона Чарльза и объединяет их вместе, чтобы определить еще один аспект соотношения давления, температуры и объема.

Закон о комбинированном газе гласит, что объем данного количества газа пропорционален соотношению его температуры по Кельвину и его давления. Звучит сложно, но взгляните на уравнение:

\frac{P_1V_1}{T_1}=\frac{P_2V_2}{T_2}

Опять же, температура должна измеряться в градусах Кельвина.

Закон идеального газа

Последнее уравнение, связывающее эти свойства газа, называется Закон идеального газа . Закон задается следующим уравнением:

PV=nRT

где P = давление, V = объем, n = число молей, R — универсальная газовая постоянная , равная 0,0821 л-атм/моль-К, а Кельвин. Для того, чтобы получить все единицы измерения правильно, вам необходимо преобразовать в единицы SI , стандартные единицы измерения в научном сообществе. Для объема это литры; для давления, атм; а для температуры — Кельвин (n, число молей, уже выражено в единицах СИ).

Этот закон называется законом идеального газа, потому что он предполагает, что расчеты имеют дело с газами, которые следуют правилам. В экстремальных условиях, таких как экстремальная жара или холод, некоторые газы могут вести себя не так, как предполагает закон идеального газа, но в целом можно с уверенностью предположить, что ваши расчеты с использованием закона будут правильными.

Теперь вы знаете несколько способов расчета объема воздуха при различных обстоятельствах.

CFM: Как измерить кубические футы в минуту и расход воздуха

Как узнать, сколько кубических футов в минуту нужно переместить при просмотре промышленных товаров? Что такое CFM? Как вы измеряете размер своей комнаты? Надлежащая вентиляция важна в любой среде, но еще важнее в промышленных условиях. Подача нужного количества «свежего воздуха» может быть разницей между здоровой и нездоровой рабочей средой.

Измерить и понять CFM не так сложно, как вы думаете.

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ:
Высококачественные воздушные фильтры класса MERV-13 и выше помогают фильтровать вредные вирусы, бактерии и аллергены из воздуха, которым вы дышите.

Что такое ОВЛХ?

CFM означает кубических футов в минуту и является наиболее распространенным способом измерения расхода воздуха. Площади измеряются в квадратных единицах (например, в квадратных футах). Объемы (например, комната, наполненная воздухом) измеряются в кубических единицах — CFM определяет, сколько кубических футов можно перемещать или обменивать каждую минуту.

В помещении площадью 1000 футов³ потребуется система производительностью 1000 кубических футов в минуту, чтобы заменять весь воздух каждую минуту.

Как измерить объем комнаты?

Многие комнаты представляют собой простые коробки или прямоугольные призмы . Объем определяется путем умножения длины × ширины × высоты . Комната длиной 100 футов, шириной 50 футов и высотой 20 футов равна 100 000 футов³ (100 × 50 × 20 = 100 000).

Некоторые помещения имеют неровные стены, наклонные потолки или другие особенности, затрудняющие их измерение. Не беспокойтесь, сложные формы можно разделить на простые формы, которые нужно измерить, а затем измерения можно снова объединить вместе, чтобы получить общее количество.

В примере, показанном справа, площадь этой комнаты неправильной формы можно измерить, сначала измерив пространство A (50′ × 50′ = 2500 футов²), а затем прибавив его к пространству B (20 ′ × 30′ = 600 футов²). Общая площадь этого номера составляет 3100 м².

Чтобы получить объем любой формы, просто умножьте общую площадь на среднюю высоту (не показано на нашем простом рисунке).

Как часто нужно менять воздух?

Теперь, когда вы знаете объем воздуха в вашем помещении, вам нужно определить, как быстро его нужно заменить. Конкретные требования к воздушному потоку зависят от вашей конкретной установки, но вот несколько общих примеров рекомендуемых обменных курсов:

Машинное отделение, генераторное отделение, котельная – каждые 1-4 минуты

В этих помещениях есть потенциально опасные выхлопные газы, которые необходимо удалить. быстро, поэтому весь воздух должен циркулировать каждые 1-4 минуты. Если у вас есть машинное отделение объемом 2000 кубических футов, вам понадобится система, которая может перемещать 500-2000 кубических футов в минуту.

Кухня, кафетерий, пекарня, бар, лаборатория – каждые 2-5 минут

Лаборатории и помещения для приготовления или подачи пищи обычно требуют умеренной или высокой циркуляции воздуха (примерно каждые 2-5 минут). Для помещения или лаборатории площадью 2000 м³, связанной с пищевыми продуктами, вам нужна система, способная обрабатывать примерно 400–1000 кубических футов в минуту.

Склад, промышленное предприятие, механический цех, фабрика – каждые 3-7 минут

Хотя это и не так интенсивно, как в машинных отделениях или пищевых помещениях, в большинстве промышленных зон по-прежнему требуется постоянный поток воздуха для удаления рабочих паров и поддержания чистоты воздуха. Например, для промышленной зоны площадью 2000 футов³ обычно требуется система, способная выдавать 280–670 кубических футов в минуту.

Класс, Дом, Офис, Магазин, Спортзал, Туалет, Аудитория – Каждые 4-10 минут

Дома и общественные места, такие как конференц-залы, розничные магазины и офисы, немного менее требовательны, чем другие типы помещений, упомянутые выше. Для этих помещений обмен воздуха обычно не так критичен, и для помещения площадью 2000 фут3 потребуется система, способная перемещать 200-500 кубических футов в минуту.

Сколько CFM мне нужно?

После того, как вы определили объем вашего помещения и решили, как быстро вам потребуется воздухообмен в помещении, вы можете рассчитать CFM, необходимый для вашей системы.

Начните с общего объема воздуха (в кубических футах), разделите на обменный курс (как быстро вы хотите заменить воздух), и в результате получите общий объем кубических футов в минуту, необходимый для вашей системы.

Имейте в виду, что во многих случаях (особенно на больших площадях) используется более одного вентилятора/вентилятора. Часто имеет смысл использовать множество более мелких блоков, а не один большой блок для обработки всего CFM.

Подведение итогов

Видите? Измерить кубические футы в минуту не так сложно, как вы думаете: просто измерьте объем комнаты и разделите на то, как быстро вы хотите заменить воздух, и все!

Теперь, когда у вас есть более четкое представление о том, какой CFM вам нужен, вы можете принимать более взвешенные решения при покупке таких предметов, как вентиляторы, испарительные охладители или переносные нагреватели.

Продолжить чтение: Вам также может понравиться наша статья о последнем руководстве по воздушным фильтрам, которые вам когда-либо понадобятся!

Позвоните в ISC Sales сегодня по телефону 877.