Теория парообразования и увлажнения воздуха
1. Понятие воздуха с точки зрения термодинамики
2. Влагосодержание, или абсолютная влажность.
3. Парциальное давление.
4. Относительная влажность.
5. Удельная теплоемкость и энтальпия воздуха.
6. Удельная теплоемкость и энтальпия воды.
7. Процесс парообразования.
8. Процесс парообразования. Испарение воды.
9. Процесс парообразования. Кипение воды.
10. Скрытая теплота парообразования.
11. Насыщенный пар.
12. Адиабатическое испарение воды.
13. Методы процесса увлажнения воздуха.
14. Изотермическое увлажнение воздуха.
15. Адиабатическое увлажнение воздуха.
16. Принципиальные различия изотермического и адиабатического
17. Увлажнители испарительного типа
18. Увлажнители распылительного типа: воздушно-водяные
19. Увлажнители распылительного типа: водяные
20. Сравнение системы испарительного типа и высоконапорной системы
21. Пример расчета производительности системы увлажнения воздуха.
22. Адиабатическое охлаждение воздуха с помощью системы увлажнения.
1. Понятие воздуха с точки зрения термодинамики.
Воздух, которым мы дышим, представляет собой смесь газообразных элементов и соединений и водяной пар, доля которого зависит от температуры воздуха и соответствующей влажности.
Понятие «влажный воздух» с точки зрения термодинамики определяют, как двухкомпонентную смесь.
Компонент 1: сухой воздух, состоящий из смеси газов
Компонент 2: водяной пар
Водяной пар легче воздуха. Например, плотность насыщенного пара при нормальном атмосферном давлении и температуре 0°С 0,00493 кг/м3, а воздуха 1,293 кг/м3.
2. Влагосодержание, или абсолютная влажность.
Абсолютная влажность это количество водяного пара x (г или кг), содержащееся в 1 кг сухого воздуха.
x = mD / mL, в кг водяного пара/кг сухого воздуха (1)
3. Парциальное давление.
В технике кондиционирования воздуха работают с таким параметром, как абсолютная влажность x.
В метеорологических же таблицах используют в качестве характеристической величины парциальное давление pD.
Выведем зависимость абсолютной влажности от парциального давления.
Если допустить, что компоненты смеси «влажного воздуха» ведут себя как идеальные газы, то для смеси, как и для отдельных ее компонентов, имеет силу уравнение состояния для идеальных газов:
P·V = m·R·T (2)
Парциальное давление – давление газа (пара) в смеси, которое он оказывал бы при данной температуре, если бы он один занимал объем смеси.
Закон Дальтона: p = p1 + p2 + … + pn (3)
Сумма парциальных давлений от p1 до pn компонентов от 1 до n равна полному давлению смеси.
Для влажного воздуха, согласно закона Дальтона (3) имеем:
p = pL + pD, где (4)
pL – парциальное давление сухого воздуха;
pD – парциальное давление водяного пара.
При использовании уравнения (2) для сухого воздуха и водяного пара с учетом высказывания Дальтона получаем для компонентов водяного пара:
pD ·V = mD·RD·T (5)
для компонентов сухого воздуха
pL ·V = mL·RL·T (6)
Соотношение масс компонентов согласно формуле (1) может быть описано через выражение:
mD / mL = pD / pL ·RD / RL
Значения газовых постоянных равны RD = 461,5 Дж/кг·К и RL = 287,1 Дж/кг·К
Получаем следующее уравнение зависимости абсолютной влажности от парциального давления:
x = 0,6221 pD / pL
и соответственно
x = 0,6221 pD / p — pD (7)
где pD – парциальное давление водяного пара.
4. Относительная влажность.
Сухой воздух и водяной пар не подлежат безграничному смешиванию. Каждому значению температуры соответствует максимальное количество водяных паров, которое может содержаться в воздухе, и определенное парциальное давление этих паров.
Относительная влажность это отношение существующего парциального давления водяного пара к давлению насыщения при равной температуре.
φ = pD / pS
Температура, при которой начинается конденсация избыточного количества водяных паров, называется температурой «точки росы», а воздух, в котором начинается конденсация, называется насыщенным.
При понижении температуры ниже «точки росы» воды из воздуха выделяется в виде конденсата или тумана, т.е. абсолютная влажность x становится меньше.
5. Удельная теплоемкость и энтальпия воздуха.
Удельная теплоемкость показывает какое количество теплоты, необходимо для повышения температуры вещества массой 1 кг на 1 К.
Q = m·c·Δt (8)
в уравнении (8) с (кДж/кг·К) есть зависимая от температуры средняя удельная теплоемкость вещества.
Для сухого воздуха сL ≈ 1,005 кДж/кг·К
Для водяного пара сD ≈ 1,858 кДж/кг·К
Полная энтальпия влажного воздуха рассчитывается как:
h = mL·hL + mD·hD
mL
Поскольку x = mD / mL, энтальпия воздуха равняется:
h = hL + x· hD или h = сL·t + x·(сD·t + r0)
Для расчета энтальпии водяного пара имеет силу упрощенная формула: hD ≈ сD·t + r0
где: сD – средняя удельная теплоемкость водяного пара в пересчете на 0ºС (кДж/кг·К)
r0 – теплота парообразования воды в пересчете на 0ºС (2500 кДж/кг)
Для расчета энтальпии сухого воздуха: hL = сL·t
Подставляя значения, в уравнение расчета полной энтальпии воздуха, получаем формулу:
h = 1,005·t + x·(1,858·t + 2500) или в приближенном варианте:
h ≈ t + x·(1,86·t + 2500) кДж/кг сухого воздуха
6.
Удельная теплоемкость и энтальпия воды.Энтальпия (теплосодержание) воды определяется количеством тепла, которое нужно затратить для нагрева 1 кг воды от 0ºС до заданной температуры.
Энтальпия – функция термодинамической системы, равная сумме внутренней энергии и произведения объема на давление.
Для воды удельную теплоемкость с достаточной для практических расчетов точностью принимают равной с=4,2 кДж/кг·К или 1 ккал/кг·Сº, т.к. удельная теплоемкость воды слабо зависит от температуры.
Количество теплоты (Q, ккал), которое необходимо сообщить телу (например, нагреваемой в котле воде) для повышения его температуры от t1 до t2, равно произведению массы тела (m, кг), его удельной теплоемкости (с, ккал/кг·Сº), разности конечной t2 и начальной t1 температуры тела (Сº).
Пример: Циркуляция воды через водогрейный котел составляет 300 т/ч. Температура воды на входе в котел 70Сº, а температура воды на выходе из котла 100 Сº.
Найти часовую производительность котла.
Q = m·c·(t2 — t1) = 300·103 · 1000 · (100 – 70) = 9·109 = 9 Гкал/час
7. Процесс парообразования.
Парообразованием называется процесс превращения жидкости в пар.
Жидкость может превращаться в пар при испарении и кипении.
8. Процесс парообразования. Испарение воды.
При испарении образование пара происходит только с поверхности воды, и этот процесс имеет место быть при любой температуре.
Испарение воды может быть полным, если над водой находится неограниченное пространство.
В природе процесс испарения воды осуществляется в гигантских масштабах в любое время года: испарение в реках, морях и океанах.
При нагревании воды повышается ее температура и возрастает интенсивность испарения.
9. Процесс парообразования. Кипение воды.
При некоторой вполне определенной температуре, зависящей от давления, под которым находится вода начинается парообразование по всей массе воды.
При этом внутри объема воды образуются пузырьки пара. Это явление называется кипением жидкости. Давление получающегося при этом пара такое же, как и среды, в которой происходит кипение.
Во время кипения воды, находящейся в открытом сосуде, температура ее остается неизменной, а вся вода при достаточном подводе тепла превращается в пар.
При достижении водой температуры кипения образуются небольшие паровые пузырьки, которые всплывают к поверхности воды, преодолевают силы поверхностного натяжения и вырываются в паровое пространство.
Объем пара при этом больше испарившейся воды примерно в 1700 раз.
10. Скрытая теплота парообразования.
Тепло, расходуемое на превращение кипящей воды в пар, называется скрытой теплотой парообразования, а это тепло, отнесенное к 1 кг воды, называется удельной теплотой парообразования.
Чтобы нагреть 1 кг воды при барометрическом давлении от 0ºС до 100ºС, требуется затратить примерно 100 ккал тепла, а скрытая теплота парообразования при этом равна примерно 500 ккал, т.
е. в 5 раз больше.
Энтальпия насыщенного пара равна сумме энтальпии воды при температуре кипения и скрытой теплоты парообразования.
11. Насыщенный пар.
Пар, образующийся в присутствии кипящей воды, содержит капельки жидкости, и его называют влажным насыщенным паром. Удаление частиц воды из пара называется сепарацией.
Если продолжать нагревать сухой насыщенный пар, то температура его будет расти и станет выше температуры насыщения при том же давлении. Такой пар называют перегретым. Получают перегретый пар в специальном устройстве котла – пароперегревателе.
Перегретый пар при снижении температуры не конденсируется до момента достижения температуры насыщенного пара при том же давлении. С дальнейшим понижением температуры происходит конденсация водяных паров.
12. Адиабатическое испарение воды.
Переход воды из жидкого состояния в газообразное (пар) сопровождается поглощением теплоты испарения Qи.
Lи = Qи/m
Удельная теплота испарения воды Lи — это количество теплоты, необходимое, чтобы перевести 1 кг воды в парообразное состояние при постоянной температуре.
Удельная теплота испарения воды зависит от температуры, при которой испаряется вода. Эта зависимость определяется следующей эмпирической формулой:
Lи = (25 – 0,024tв) 105
где 25·105 Дж/кг — удельная теплота испарения при температуре поверхности воды, равной 0°С; tв — температура испаряющейся воды.
Источником ее обычно служит внутренняя энергия самой жидкости, поэтому при испарении она охлаждается.
Тепловые показатели воды аномальны по сравнению с аналогичными характеристиками других веществ.
Это обстоятельство обязано ее структуре, обусловленной водородными связями между молекулами, характеризующимися большей прочностью, чем межмолекулярные взаимодействия. Например, большая теплоемкость воды может быть объяснена только распадом ассоциированных молекул при нагревании. Так как распад этих молекул сопровождается поглощением энергии, то при нагревании воды теплота расходуется не только на повышение температуры, но и на распад ассоциированных молекул.
13. Методы процесса увлажнения воздуха.
Наибольшее практическое применение увлажнения воздуха получили два основных метода увлажнения:
| Увлажнение воздуха | |
| Изотермическое | Адиабатическое |
| при постоянной температуре ΔТ = 0 | при постоянной энтальпии ΔQ = 0 |
14. Изотермическое увлажнение воздуха.
Способы изотермического увлажнения:
— паровое увлажнение
Изотермическое увлажнение происходит при постоянной температуре.
В воздух непосредственно поступает насыщенный пар.
Фазовый переход воды из жидкого в парообразное состояние осуществляется за счет внешних источников тепла.
Например, выделяемого тепла за счет прохождения электрического тока через воду (содержащую определенное количество минеральных солей).
С увеличением абсолютного влагосодержания энтальпия образуемой при этом водо-воздушной смеси растет путем увеличения скрытой составляющей тепла.
При этом температура, характеризуемая явной составляющей тепла, остается неизменной.
15. Адиабатическое увлажнение воздуха.
Способы адиабатического увлажнения:
— испарительного типа
— распылительного типа (воздушно-водяной)
— распылительного типа (водяной)
— ультразвуковое увлажнение
Адиабатическое увлажнение воздуха происходит при постоянной энтальпии.
Фазовый переход из жидкого в парообразное состояние осуществляется путем свободного испарения воды.
При этом имеет место внутренний переход части явного тепла в скрытое тепло.
16. Принципиальные различия изотермического и адиабатического
увлажнения воздухаБольшее энергопотребление, за счет компенсации скрытой теплоты испарения воды в ходе парообразования за счет внешних источников энергии.
Процесс парообразования происходит за счет внутреннего перераспределения энергии.
| Изотермическое | Адиабатическое |
| Проще реализуется аппаратно | Требуется подготовленная вода |
Генерация 10кг влаги требует 7,5 кВт*ч потребляемой энергии. | Генерация 10кг влаги требует 0,04 кВт*ч потребляемой энергии. |
В связи с тем, что адиабатическое увлажнение является более экономичным, как минимум на 1-2 порядка, изотермическое увлажнение чаще используется для создания комфортных условий в быту, где дефицит влаги, как правило, не превышает 100 кг/ч.
Компания ЕС Инжиниринг охватываем множество индустриальных направлений по созданию микроклимата в помещениях путем увлажнения воздуха. Решить все задачи увлажнения воздуха однотипной системой невозможно, поэтому мы предлагаем несколько типов адиабатических систем увлажнения воздуха:
- Система увлажнения внутри вентиляции
- Система увлажнения открытым способом в помещении
- Локальное увлажнение воздуха
- Увлажнение «сухой туман»
- Адиабатическое охлаждение воздуха
17. Увлажнители испарительного типа
Система реализуется в системах вентиляции.
В увлажнителях испарительного типа воздух прокачивается через панели, заполненные смачиваемой водой насадкой, в результате чего за счет пленочного испарения происходит насыщение воздуха парами воды.
Есть два варианта конструктивного исполнения увлажнителей данного типа:
— с рециркуляцией воды
— без рециркуляции воды
Основные принципиальные недостатки увлажнителей испарительного типа:
— отсутствие возможности регулирования количества испаряемой влаги с приемлемой точностью
— с рециркуляцией воды возникает опасность размножения бактерий в системе
— без рециркуляции воды только 15-30% воды используется по прямому назначению, т.е. испаряется и увлажняет обрабатываемый воздух, остальная часть воды идет в канализацию
— с рециркуляцией воды — 30-90% воды идет на промывку мембран увлажнителей для очистки их от соли и примесей
Производителями указываются в спецификации коэффициенты эффективности испарителей:
под этим подразумевается коэффициент эффективности мембраны, т.е. сколько теоретически испариться в воздух влаги в сравнении с количеством подаваемой воды.
Этот коэффициент не показывает долю обеспечения относительной влажности в помещении от количества используемой воды.
Компания ЕС Инжиниринг не рекомендует применение испарительных увлажнителей по причине опасности размножения бактерий и проблем с гигиеной внутри вентиляции.
18. Увлажнители распылительного типа: воздушно-водяные
Увлажнители распылительного типа (воздушно-водяные) осуществляют распыление воды через форсунки, к которым подводятся по отдельным трубопроводам вода и сжатый воздух.
Принцип работы: в увлажнитель поступает сжатый воздух и вода; методом инжекции вместе со сжатым воздухом она выходит через форсунку наружу. За счет резкого перепада давления смесь воздуха и воды расширяется, и вода мгновенно превращается в пар.
Установка данных увлажнителей целесообразна при производительности до 200 л/ч.
Для работы данной системы увлажнения необходим компрессор. Такие увлажнители создают шум при работе.
Компания ЕС Инжиниринг предлагает разновидность увлажнителя на сжатом воздухе «сухой туман», который совсем не дает конденсации. Это единственная система представленных на рынке, в которой вода от форсунок может попадать на трубопроводы, материалы и конденсации не будет.
19. Увлажнители распылительного типа: водяные
Увлажнители распылительного типа (водяные) осуществляют распыление воды высокого давления (70 бар) через форсунки. Такие системы называются высоконапорные системы увлажнения воздуха.
Благодаря минимальному энергопотреблению систем — 5 Вт на 1 л воды — высоконапорные системы являются наиболее подходящей технологией увлажнения больших (>10.000 м3/ч) и очень больших объемов воздуха (>500.000 м3/ч) помещений.
Принцип работы: насос создает давление воды 70 бар, вода выходит в пространство через отверстие форсунки Ø 0,1-0,2 мм, из-за резкого перепада давления, вода дробится на мелкую дисперсию и превращается в пар.
Широкий диапазон производительности оборудования, от 60 л/ч до 50000 л/ч, решает любые задачи увлажнения на производстве.
Системы безопасны с точки зрения санитарии, т.к. вода находится в замкнутом пространстве и не имеет контакта с воздухом. Для форсунок требуется очищенная вода.
Компания ООО «ЕС Инжиниринг» изготавливает, монтирует системы увлажнения воздуха высокого давления из комплектующих Danfoss. Насосы высокого давления компании Danfoss серии PAHT это единственные насосы, представленные на рынке, которые работают без смазки маслом, поэтому требуют минимального обслуживания и работают минимум 8000 часов! без обслуживания.
20. Сравнение системы испарительного типа и высоконапорной системы
увлажнения воздухаИспарительный тип
Увлажнители устанавливаются в внутри вентмашины системы вентиляции, т.е. требуется наличие вентмашины.
Кроме того, процесс увлажнения воздуха будет происходить только при работающей вентмашине в отличие от увлажнителей, распыляющих влагу непосредственно в помещении, которым не нужна вентмашина. При применении увлажнения в вентмашине требуется подогрев воздуха перед секцией увлажнения для того, чтобы водяной пар мог полностью испариться и не конденсировал ниже точки росы.
Для испарительных увлажнителей обычно требуется два калорифера, основной до секции увлажнения и калорифер доводчик требуемых параметров воздуха, после секции увлажнения.
Основные недостатки систем испарительного типа:
— нельзя регулировать количества испаряемой влаги с приемлемой точностью
— с рециркуляцией воды возникает опасность размножения бактерий в системе
— без рециркуляции воды только 15-30% воды используется по прямому назначению, т.е. испаряется и увлажняет обрабатываемый воздух, остальная часть воды идет в канализацию
— с рециркуляцией воды — 30-90% воды идет на промывку мембран увлажнителей для очистки их от соли и примесей
Высоконапорная система.
Реализуется как в составе вентустановки так и для объемного увлажнения непосредственно внутри помещения.
Единственный недостаток системы: для эксплуатации требуется подготовленная вода.
Позволяет с большой точностью поддерживать относительную влажность в помещении.
Вода в системе увлажнения не застаивается, т.е. нет опасности размножения бактерий.
21. Пример расчета производительности системы увлажнения воздуха.
Исходные параметры:
Подаваемый воздух снаружи: tнар = 0 ºС; φнар = 60%
Vвент = 6000 м3/час
tводы = 8 ºС
Требуемые параметры:
Воздух в помщении: tвнутр = 22 ºС; φвнутр = 60%
Находим, что xнар = 2,29 г/кг; xвнутр = 10,1 г/кг
mводы = Vвент · ρвозд · (xвнутр — xнар)
mводы = 6000 м3/час · 1,2 к/м3 · (10,1 – 2,29) г/кг · 10-3 = 56 л/час
22.
Адиабатическое охлаждение воздуха с помощью системы увлажнения.Используется в летний период времени для понижения «пиковых» температур уличного воздуха выше 25°С, который идет на охлаждение теплообменных аппаратов.
Где применяется:
- Наружные блоки кондиционеров
- Рекуператоры вентмашин
- Аппараты воздушного охлаждения (АВО)
- Открытое воздушное пространство бытовых и промышленных помещений
В теплый период времени адиабатическое охлаждение позволяет понизить температуру приточного воздуха до 10 °C.
Можно использовать, как дополнительный эффект охлаждения воздуха взамен традиционного, что позволяет значительно экономить энергоресурсы.
| 23649. В сосуде объемом V=1 м3 содержится m1=0,8 кг воды и m2=1,6 кг кислорода. Каким будет давление в сосуде, если температура поднимется до 500°С? |
23650. Определите тип соединения углерода с кислородом, если m=1 г этого вещества в газообразном состоянии создает в сосуде объемом V=1 л при температуре t°=27°C давление р=0,56 атм. Атомные массы углерода и кислорода равны соответственно 12 г/моль и 16 г/моль.
|
| 23651. Определите тип соединения углерода с водородом, если при температуре t°=27°С и давлении 760 мм рт. ст. объем V=1 л этого вещества в газообразном состоянии имеет массу m=0,65 г. Атомные массы углерода и водорода равны 12 г/моль и 1 г/моль. |
| 23652. При нагревании газа был получен график зависимости его объема от температуры (см. рис.). Как изменялось при этом давление, если масса газа была неизменна? |
| 23653. При нагревании газа был получен график зависимости его давления от абсолютной температуры (см. рис.). Как изменялся при этом объем газа, если его масса была неизменна? |
| 23654. На Р-Т диаграмме показан процесс, проводимый с идеальным газом. Объем газа постоянен. Найти точки, где масса газа максимальна и минимальна. |
23655. На рисунке изображен циклический процесс, происходящий с идеальным газом. -3 м3 и находится под давлением р1=0,4 МПа, а в конечном состоянии V2=9*10-3 м3 и р2==1,55 МПа. В процессе медленного перехода из начального состояния в конечное давление и объем газа связаны линейной зависимостью. Найдите наибольшую температуру Тm газа во время процесса, а также объем Vm и давление рm, соответствующие максимальной температуре.
|
| 23660. В цилиндре под поршнем находится m=2 кг воздуха. Какая работа будет совершена при его изобарном нагревании на dT°=100°? |
| 23661. 1 моль водорода нагревается при постоянном давлении. Какое количество тепла Q необходимо сообщить ему, чтобы объем газа удвоился? Какая работа А будет при этом совершена газом? |
| 23662. Газу, находящемуся под поршнем в цилиндре при постоянном давлении, сообщают теплоту Q=1500 Дж. При этом внутренняя энергия газа увеличивается на dU=4500 Дж. Каково давление газа, если его объем уменьшится на dV=0,01 м3? Возможен ли такой процесс в идеальном газе? |
23663. В цилиндре под поршнем находится некоторая масса водорода при температуре t°=30°С, занимающая при давлении р=2 атм объем V=8 л. На сколько понизилась температура водорода, когда объем его уменьшился при неизменном давлении так, что при этом была совершена работа 50 Дж?
|
| 23664. При сообщении газу Q=400 ккал теплоты он расширяется, перемещая поршень, и совершает работу, равную А==800 кДж. Каково изменение внутренней энергии газа dU при этом процессе? |
| 23665. Газ расширяется, передвигая поршень при постоянном давлении р1=3 атм от объема V1=1 л до V2=3 л. Затем он охлаждается при постоянном объеме, пока его давление не упадет до p2=2 атм. Изобразите этот процесс на рV-диаграмме. Найдите работу А, совершенную газом. Какое количество теплоты Q передано газу при этом процессе? Внутренняя энергия газа в результате описанного процесса увеличилась на dU=456 Дж. |
23666. В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот массой m=0,2 кг при температуре t°=20°С. Расширяясь, он совершает работу А=4470 Дж. Найти изменение внутренней энергии азота dU и его температуру после расширения t°2. Удельная теплоемкость азота при постоянном объеме Cv=745 Дж/(кг*град).
|
| 23667. Велосипедную камеру накачивают ручным насосом до давления р. Какая при этом совершается работа, если при каждом ходе поршня насоса сжатие можно считать адиабатическим. Атмосферное давление равно p0, а объем камеры можно считать неизменным и равным V. Теплоемкость воздуха при постоянном объеме равна Cv. |
| 23668. Двум молям идеального газа сообщается Q1=750 Дж теплоты при неизменном объеме. При изобарическом нагревании этого газа его температура увеличивается на такую же величину dT при сообщении газу Q2=1000 Дж теплоты. Определите, на сколько изменяется температура. |
| 23669. При нагревании m=1 кг газа на dt°=1 К при постоянном давлении требуется Q1=912 Дж, а при нагревании при постоянном объеме нужно Q2=649 Дж, Что это за газ? |
23670. Идеальный газ расширяется при неизменном давлении. а) Какая часть сообщаемой газу теплоты Q идет на увеличение его внутренней энергии dU ? б) Тот же вопрос в случае, когда газ расширяется изотермически.
|
| 23671. В сосуде объемом V находится идеальный газ под давлением p0. Стенки сосуда выдерживают давление вплоть до р1. Какое максимальное количество теплоты Q можно сообщить газу? |
| 23672. Воздух занимает объем V и находится при температуре Т в цилиндре с площадью основания S под давлением Р. При изобарном нагревании ему сообщают количество тепла Q. На какое расстояние h при этом поднялся поршень, и какая была совершена работа А ? |
| 23673. В вертикальном, адиабатически изолированном, закрытом сверху тяжелым подвижным поршнем цилиндре находится 1 моль идеального газа при температуре Т1. Поршень перемещают вниз, совершая работу А, и отпускают. Какая температура T2 установится в газе, если наружным атмосферным давлением можно пренебречь по сравнению с давлением, создаваемым тяжелым поршнем? |
23674. Для экспериментального определения y=Сp/Сv определенное количество газа, находящегося в сосуде с объемом V0 при давлении p0 и температуре T0 нагревают дважды, пропуская по спирали заданный электрический ток в течение определенного времени т, один раз при постоянном объеме (измеряя конечное давление р1), а другой раз при постоянном давлении (измеряя конечный объем V2). Определите значение y.
|
| |
| 23676. Расширение газа происходило по кривой 1-2, лежащей между изотермой и адиабатой (см. рис.). Как изменилась температура газа? Подводилось ли к нему тепло? Что можно сказать о теплоемкости для такого процесса? |
23677. n=const.
|
| 23680. Идеальный газ расширяется по закону р=cV. Какую работу совершает один моль газа при повышении температуры от Т1 до Т2 ? |
| 23681. Над 1 молем газа совершается замкнутый цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар. Температуры в точках 1 и 3 равны Т1 и Т3. Определить работу, совершаемую газом за цикл, если известно, что точки 2 и 4 лежат на одной изотерме (см. рис.). |
| 23682. Цикл Стирлинга состоит из двух изотерм и двух изо-хор. Найдите КПД тепловой машины k, работающей по такому циклу, как функцию температур Т1 и Т2 (Т2 <Т1) на изотермах и максимального и минимального объемов V1 и V2. |
| 23683. Тепловая машина с идеальным газом в качестве раоо-чего вещества совершает цикл, состоящий из изобары, адиабаты и изотермы (см. рис.). Найти КПД цикла как функцию максимальной (Т1) и минимальной (T2) температур в цикле. |
23684. Рассчитайте КПД k тепловой машины, работающей по следующему циклу: идеальный газ изохорически увеличивает первоначальное давление в три раза, затем расширяется изотермически, увеличивая объем в три раза, после чего изобарически возвращается в исходное состояние.
|
| 23685. Тепловая машина с идеальным газом в качестве рабочего вещества совершает цикл, показанный на рисунке. Найти КПД цикла как функцию максимальной (Т1) и минимальной (Т2) температур в цикле. |
| 23686. Показанный на рисунке цикл, совершаемый одним молем идеального газа, состоит из изобары, адиабаты и изотермы. Каков КПД этого цикла k, если отношение максимальной температуры рабочего вещества в этом цикле к минимальной температуре равно n. |
| 23687. С помощью электроплитки мощностью Р=1 кВт в комнате поддерживается температура t°1=17°C при температуре наружного воздуха t°2=-23°С. Какая мощность P1 потребовалась бы для поддержания в комнате той же температуры с помощью идеальной тепловой машины? |
23688. Тепловая машина в каждом цикле получает Q1=100 Дж теплоты и отдает Q2=60 Дж. Если рабочий цикл совершается за t=0,5 с, какова развиваемая машиной мощность Р?
|
| 23689. Тепловая машина с КПД, равным k=20%, совершает в каждом цикле работу A=100 Дж. Сколько теплоты Q1 получает при этом машина от нагревателя и сколько Q2 отдает холодильнику? |
| 23690. Две тепловые машины с КПД k1 и k2 соединены «последовательно», так что теплота, отдаваемая первой машиной, направляется ко второй машине. Каким будет КПД такой установки? |
| 23691. Две тепловые машины работают по циклу Карно. а) Каким будет КПД всей установки, если первая машина работает между температурами T1 и T3, а вторая — между температурами T3 и T2, а тепловой резервуар с общей температурой T3 в результате не получает и не отдает тепла? б) Можно ли эти тепловые машины считать соединенными «последовательно», как в предыдущей задаче? |
23692. Тепловой двигатель с КПД, равным k1, получает некоторое количество теплоты Q1 и совершает некоторую работу А1. Отдаваемая этим двигателем теплота передается второму тепловому двигателю с КПД, равным k2, который совершает работу A2. Каков КПД k всей установки?
|
| 23693. В тепловую машину поступает перегретый пар при температуре t°=270°С, а покидает ее пар при температуре t°2==50°С. КПД машины k=30%. Сравните КПД этой машины с КПД машины, работающей по циклу Карно k_K. Если развиваемая машиной мощность Р=200 кВт, то сколько теплоты Q отдает машина в окружающее пространство за t=1 ч? |
| 23694. Тепловой двигатель, работающий по циклу Карло с k==40%, используется как холодильная машина, работающая с тем же холодильником и нагревателем. Какое количество теплоты Q переводится от холодильника к нагревателю за один цикл, если за каждый цикл совершается работа А=30 Дж? |
23695. Две тепловые машины, работающие по циклу Карно, получают одинаковую теплоту Q1 от нагревателя с Т1=744 К. 5 кг/с. На сколько градусов dt° повысится температура воды в реке?
|
| 23697. Электростанция на геотермальной воде работает следующим образом. Перегретый пар при температуре tv1=232°С используется для вращения турбины генератора, а затем конденсируется в воде при t°2=50°C и откачивается в землю, где вода снова нагревается. Электрическая мощность станции Р==84000 кВт. Определите: а) максимально возможный КПД станции; б) количество теплоты Q, отводимой от конденсатора в течение t=24 ч. |
| 23698. Температура внутри холодильника равна t°2=5°С, а теплоемкость составляет С=84 кДж/К. При работе холодильника тепло выделяется в комнату с температурой t°1=25°С. Какой минимальной мощностью Р должен обладать мотор, приводящий холодильник в действие, чтобы за время т=1 мин понизить температуру в холодильнике на dt°=1°С? |
| 23699. Какую минимальную работу нужно совершить, чтобы заморозить m=1 кг воды, находящейся при температуре Т==300 К? |
23700. Сколько времени должен работать 3-киловаттный электронагреватель, чтобы сообщить кухне такое же количество теплоты, что и холодильник, превращающий m=1,5 кг воды, взятой при t°1=20°С, в лед при t°2=0°С? Если обратить холодильник и заставить его работать как тепловую машину между теми же температурами, то КПД k равнялся бы 0,25.
|
| 23701. Каково изменение энтропии m=1 кг воды при ее превращении в пар при температуре t°=100°С и давлении 1 атм? |
| 23702. Тепловой двигатель, работающий между тепловыми резервуарами с температурами Т1=400 К и Т2=300 К, имеет КПД k=0,15. Определите изменение энтропии каждого резервуара за один цикл, если двигатель в течение цикла получает количество теплоты, равное Q1=100 Дж. Каково при этом полное изменение энтропии мира? |
23703. Два одинаковых тела с массами то и удельной теплоемкостью с, находящиеся при температуре Т1 и Т2, приводятся в тепловой контакт друг с другом. Определите изменение энтропии dS после установления равновесия.
|
| 23704. В результате некоторого процесса энтропия системы увеличилась на 120 Дж/К и при этом не увеличилась энергия, непригодная для совершения макроскопической работы. Был этот процесс обратимым или необратимым? Как изменилась энтропия окружающей систему среды? |
| 23705. В качестве переменных, характеризующих состояние термодинамической системы, можно выбрать температуру Т и энтропию S. Изобразите цикл Карно для обратимого процесса в осях T-S и рассчитайте КПД цикла. |
| 23706. Каково изменение энтропии Вселенной при переводе Q=500 Дж теплоты из резервуара, находящегося при температуре T1=400 К, в резервуар с температурой Т1=300 К? |
23707. Два моля идеального газа, занимающие объем 40 л и имеющие температуру 400 К, свободно расширяются до вдвое большего объема. Определите изменение энтропии: а) газа dS; б) Вселенной dSв.
|
| 23708. Автомобиль массой m=1500 кг, движущийся со скоростью v=100 км/час, врезается в бетонную стену. Вычислите изменение энтропии Вселенной dS, если температура воздуха t°=20°С. |
| 23709. Кусок льда массой m_л=100 г при t°=0°C помещается в калориметр, содержащий m_в=100 г воды при t°2=100°С. Определите изменение энтропии Вселенной dS при установлении теплового равновесия в калориметре, теплоемкостью которого можно пренебречь. |
| 23710. Оцените число N молекул воздуха в комнате размером 6x4x3 м3 при нормальном атмосферном давлении и температуре t°=20°С. Каково при этом число молей n? Сколько весит воздух в комнате? Сколько молекул воздуха dN покинет комнату, если при неизменном давлении температура повысится на dT=5 К? |
| 23711. Молярная масса водорода М_H=1,008 г/моль. Какова масса одного атома водорода m ? |
23712. В 10-литровом баллоне находится газ при температуре t°=0° С и давлении р=4 атм. -12 мм рт. ст. Сколько молекул газа п содержится в 1 см3 при указанном давлении и температуре t°=27°С? Если оставшийся газ — в основном h3 какова его плотность р?
|
| 23715. Газ нагревается в открытом сосуде при нормальном атмосферном давлении от t°1=27°С до t°2=327°С. Во сколько раз при этом изменится число молекул в единице объема n ? |
| 23716. Воздух в комнате с открытой форточкой нагрели от температуры T1 до температуры T2. Считая воздух идеальным газом, найдите изменение внутренней энергии воздуха dU в комнате. |
| 23717. При повышении температуры идеального газа на dt0==90° средняя скорость его молекул возросла с V1=400 м/с до V2=500 м/с. На сколько dt°1 нужно нагреть этот газ, чтобы увеличить среднюю скорость его молекул с V2=500 м/с до V3==600 м/с? |
23718. Вторая космическая скорость определяется соотношением V=sqrt(2gR), где g — ускорение свободного падения на поверхности планеты, R — ее радиус. а) При каких температурах молекулы кислорода будут покидать земную атмосферу? б) При каких температурах молекулы водорода будут покидать земную атмосферу? Объясните отсутствие водорода в земной атмосфере, учитывая, что температура в верхних слоях атмосферы порядка 1000 К. в) Что можно сказать об атмосфере Луны (ускорение свободного падения на поверхности Луны составляет одну шестую от земного, радиус Луны равен 1738 км).
|
| 23719. Вторая космическая скорость на Марсе составляет 5 км/с, а температура поверхности порядка 0°С. Вычислите характерные тепловые скорости при такой температуре для а) h3; б) O2; в) С02. Если эти скорости больше одной шестой второй космической скорости, то к настоящему времени Марс должен был бы потерять свою атмосферу. Что можно сказать об атмосфере Марса? |
| 23720. Какая часть молекул кислорода а при 0°С имеет скорости в интервале 100 < v < 110 м/с? |
23721. На высоте Н=3 км над поверхностью Земли в 1 см3 воздуха содержится примерно n=102 пылинок, а у самой поверхности — примерно n0=10^5 пылинок. Определите среднюю массу пылинки m и оцените ее размер r, предполагая плотность пылинок р=1,5 г/см3 и считая температуру воздуха равной t°==27°С.
|
| 23722. Расположенный горизонтально цилиндр, закрытый с одного конца, вращается с угловой скоростью w вокруг вертикальной оси, проходящей через открытый конец цилиндра. Найдите а) закон изменения числа молекул воздуха n в единице объема цилиндра с расстоянием r от оси вращения; б) силу F давления воздуха на дно цилиндра. Длина цилиндра L, площадь дна цилиндра S, атмосферное давление р0, температура воздуха Т, масса одной молекулы т. |
| 23723. Каково давление воздуха а) над поверхностью Земли на высоте 10 км; б) в шахте на глубине 10 км? Давление воздуха на поверхности Земли 760 мм. рт. ст. Температуру воздуха считать одинаковой во всех точках и равной 0°С. |
23724. В сосуде объемом V0 находится N молекул идеального газа. Определите вероятность Р того, что в части V объема V0 не будет ни одной молекулы. n. Покажите, что изменение энтропии идеального газа при изотермическом расширении от V2 до V1 равно dS’=k*lnw.
|
| 23727. Можно ли использовать классическую механику для описания поступательного движения молекул кислорода, находящегося при нормальных условиях? (Р=1 атм, V=22,4 л.) |
| 23728. Энергия ионизации атомов гелия составляет 24,6 эВ. Можно ли при нормальных условиях применять к гелию модель идеального газа? |
| 23729. Адиабатически изолированный сосуд с пренебрежимо малой массой и теплоемкостью, содержащий 1 моль гелия, движется со скоростью V=86 м/с. На сколько изменится температура газа, если сосуд внезапно остановить? |
| 23730. Определите, какую скорость v будут иметь молекулы газа, адиабатически вытекающего из баллона, где он находится при температуре Т. Молярная масса газа равна М. |
23731. Масса m пороха, сгорающего за 1 с в камере реактивного двигателя, связана с давлением р соотношением m=a*p^n. 5 Па, а затем изобарически в состояние с объемом V2==0,2 м3 . Определите количество теплоты, переданное газу или отнятое от него на каждом этапе и на всем процессе.
|
| 23735. Какое количество теплоты сообщили одноатомному идеальному газу при изобарическом нагревании, если в процессе нагревания газ совершил работу А=20 Дж? |
| 23736. Определите изменение внутренней энергии моля одноатомного идеального газа, изобарически расширяющегося от V1=10 л до V’2=20 л при давлении р=5 атм. |
| 23737. Один моль одноатомного идеального газа находится при температуре Т=273 К и давлении 1 атм. а) Какова его внутренняя энергия U ? Найдите его внутреннюю энергию U и совершенную им работу А, если газу сообщили Q=500 Дж теплоты б) при постоянном давлении; в) при постоянном объеме. |
23738. Половине моля одноатомного идеального газа сообщили Q=1200 Дж теплоты, при этом газ совершил работу А=2500 Дж. Как изменилась температура Т газа?
|
| 23739. Докажите, что закон Дальтона для смеси газов, имеющих одинаковое значение y=Cp/Сv и химически не реагирующих друг с другом, являются следствием закона сохранения энергии. |
| 23740. В упругой оболочке находится п молей одноатомного идеального газа, причем квадрат объема газа пропорционален его температуре. Газ медленно нагревают от температуры Т1 до T2. Чему равна теплоемкость газа С при этом процессе? Теплоемкостью оболочки пренебречь. |
| 23741. Один моль идеального одноатомного газа изохорически охлаждается так, что его давление снижается в п раз. Затем газ изобарически расширяется так, что его объем возрастает в n раз. Найдите n, если сообщенное газу количество теплоты при этих переходах в 2 раза меньше его первоначальной внутренней энергии. |
23742. Одноатомный идеальный газ содержится в цилиндрическом сосуде длины L под тонким поршнем с пружиной, коэффициент жесткости которой равен k (см. рис.). Атмосферное давление таково, что положение равновесия поршня в отсутствие газа под ним находится у дна сосуда. Известно также, что при нахождении поршня у края сосуда пружина свободна. Какое количество тепла Q должен получить газ, чтобы поршень достиг краев цилиндра? Первоначальный объем, занимаемый газом, составляет n-ю часть объема всего цилиндра. Трением поршня о стенки пренебречь.
|
| 23743. Идеальный двухатомный газ совершает цикл, показанный на (p,V) диаграмме (см. рис.). В состоянии 1 температура газа равна 200 К. а) Определите температуру в состояниях 2, 3, 4. б) Каков КПД тепловой машины k, работающей по этому циклу ? |
23744. Один моль идеального одноатомного газа, занимающего объем 25 л при давлении 100 кПа, изохорически нагревается до вдвое большего давления (процесс 1-2), затем изотермически расширяется до объема 50 л (процесс 2-3) и, наконец, изобарически возвращается в исходное состояние. Определите: а) температуру газа в начальном и конечном состояниях каждого процесса; б) теплоту, передаваемую газу в каждом процессе; в) КПД цикла k.
|
| 23745. На рисунке изображены два замкнутых цикла ABCА и ACDA. У какого из циклов КПД выше и во сколько раз? Циклы проводятся с идеальным одноатомным газом. |
| 23746. Один моль идеального одноатомного газа совершает цикл, показанный на рисунке. Определить КПД цикла k. |
| 23747. Насыщенный водяной пар подвергается адиабатическому сжатию и адиабатическому расширению. В каком из этих процессов пар превращается в ненасыщенный? В пересыщенный? |
| 23748. Длинная труба опущена нижним открытым концом в сосуд с водой. Верхний конец трубы соединен с вакуумным насосом. При включенном насосе вода при температуре 20°С поднимается в трубе на высоту h=8 м. На какую высоту h2 поднимется в трубе кипящая вода? |
Как определить, сколько кубометров в минуту требуется для обогрева помещения | Инструкции для дома
Автор: Дэвид Робинсон Обновлено 29 декабря 2018 г.
Установка правильной системы отопления в помещении важна не только для комфорта, создаваемого приятной температурой. Отопление помещения может помочь устранить сырость, но только в том случае, если оно также правильно проветривается. Плохая вентиляция приводит к увеличению влажности, что может способствовать росту плесени на всем, от стен до ковров. Секрет в том, чтобы обеспечить постоянный поток воздуха через помещение во время его обогрева, поддерживая постоянную температуру, но предотвращая накопление влаги. Объем воздуха, который должен циркулировать в помещении, измеряется в кубических футах в минуту (CFM), и определение правильного объема является ключом к успешной системе отопления.
1.
Измерьте длину, ширину и высоту комнаты с помощью рулетки. Округлите все значения до следующего полного фута, чтобы упростить расчеты. Например, если длина комнаты составляет 17 футов и 7 дюймов, округлите ее до 18 футов.
2.
Умножьте три значения вместе, чтобы определить объем комнаты в кубических футах.
Например, если длина составляет 18 футов, ширина — 12 футов, а высота — 10 футов, объем помещения получается из уравнения объема = 18 x 12 x 10, что дает объем помещения 2160 кубических футов.3.
Умножьте объем помещения на количество смен нагретого воздуха каждый час. Результатом является объем нагретого воздуха, который проходит через помещение за один час. Например, если воздух меняется шесть раз каждый час, умножьте объем воздуха, определенный на шаге 2, на шесть. Используя пример данных из шага 2, результатом будет шесть умноженных на 2160 кубических футов или 12 960 кубических футов воздуха, проходящего через комнату в час.
4.
Разделите значение, полученное на шаге 3, на 60, количество минут в одном часе. В результате получается объем воздуха, который необходимо пропускать через помещение каждую минуту. Например, 12 960, деленное на 60, равно 216, поэтому каждую минуту в помещение должно поступать 216 кубических футов воздуха.
Помещению требуется 216 CFM для обогрева.Вещи, которые вам понадобятся
Рулетка
Калькулятор
Наконечник
Количество замен воздуха в помещении можно определить с точностью только по отношению к выходной мощности система отопления, желаемая температура помещения, температура воздуха, поступающего в помещение, и тепловые характеристики конструкции здания. На практике это значение, определяемое методом проб и ошибок, путем использования помещения и определения того, удобно оно или нет.
Предупреждение
Балансировка системы отопления может быть сложным процессом. Атмосферные условия постоянно меняются, и система отопления должна реагировать соответствующим образом. В случае сомнений перед регулировкой системы проконсультируйтесь с квалифицированным инженером-теплотехником.
Например, если длина составляет 18 футов, ширина — 12 футов, а высота — 10 футов, объем помещения получается из уравнения объема = 18 x 12 x 10, что дает объем помещения 2160 кубических футов.
Помещению требуется 216 CFM для обогрева.Ссылки
- Правительство Шотландии: Защитите свой дом от сырости и плесени
- Набор инструментов для инженеров: Рейтинг воздушных компрессоров и воздушного оборудования
- Math. com: Volume Formulas
- Contracting Business.Com: Изучите метод расчета воздухообмена для расчета CFM
com: Volume FormulasРесурсы
- Сеть CSG: Калькулятор виртуального воздушного потока
Writer Bio
Дэвид Робинсон профессионально пишет с 200 0. Он член королевской семьи Географическое общество и Королевское метеорологическое общество. Он писал для газет «Telegraph» и «Guardian» в Великобритании, государственных изданий, веб-сайтов, журналов и школьных учебников. Он имеет степень бакалавра искусств в области географии и образования с отличием, а также сертификат преподавателя Даремского университета в Англии.
Сколько БТЕ на квадратный фут для обогрева или охлаждения вашего дома
Всякий раз, когда речь идет о кондиционировании воздуха или отоплении, вы наверняка слышали, как люди ссылаются на БТЕ. Его определение — британская тепловая единица, которая в конечном итоге измеряет эффективность системы HVAC. Для дальнейшего определения БТЕ это относится к количеству тепловой энергии, необходимой для охлаждения или нагревания температуры одного фунта воды на один градус по Фаренгейту.
При покупке нового кондиционера вам необходимо задать соответствующие вопросы, например: «Сколько БТЕ на квадратный фут мне нужно?».
Что такое БТЕ?
Применительно к кондиционерам показатель BTU определяет, сколько тепла система будет удалять из воздуха в помещении в час. Чем выше показатель BTU вашей системы, тем более мощной она будет во время работы. Однако важно понимать, что установка более крупной системы для небольшой комнаты не всегда является положительным моментом.
Что происходит с системой неправильного размера Системы ОВКВ
, в частности кондиционеры, имеют разные рейтинги BTU , , что означает, что они имеют разные возможности. Холодильный агрегат, который слишком велик для места, приведет к пустой трате энергии. Поскольку система снижает температуру в помещении быстрее, чем обычно, кондиционер будет постоянно включаться и выключаться, чтобы поддерживать идеальную температуру воздуха.
Специалисты по HVAC называют эту проблему коротким циклом, который вызывает чрезмерный износ оборудования.
И наоборот, приобретение слишком маленького кондиционера для помещения может привести к другим проблемам. Первая проблема заключается в том, что в вашем доме никогда не будет оптимальной температуры просто потому, что у системы недостаточно мощности. Во-вторых, когда система начинает чрезмерно компенсировать нехватку БТЕ, это увеличивает ваши счета за электроэнергию и приводит к преждевременному выходу из строя нескольких частей.
Расчет
Чтобы получить более четкое представление о том, насколько большая или маленькая система вам нужна, технический специалист должен рассчитать мощность охлаждения или обогрева, чтобы обеспечить надлежащий уровень комфорта для находящихся в ней людей. Профессионалы называют это нагрузкой дома. Истинный расчет нагрузки дома выходит за рамки размера и факторов других элементов, таких как местоположение и положение по отношению к солнцу, среди прочего.
Если бы вам нужно было рассчитать размер системы HVAC по размеру помещения, вам пришлось бы выделить около 20 БТЕ на квадратный фут жилой площади. Высота помещения, окна, тень и изоляция — это другие факторы, которые определяют, какой рейтинг BTU вам требуется для вашего дома.
Кроме того, электрическая система дома должна соответствовать системным требованиям. Обычно для комнатных блоков требуются цепи на 120 В или 240 В, в то время как для стандартного оборудования требуются выходы на 12 В.
Формула BTU
Первый шаг к эффективному и мощному кондиционеру – это определение климата региона. Южные штаты более склонны к влажности и должны учитывать это в своих расчетах. Как только вы это сделаете, вам понадобятся квадратные метры вашей собственности. Вы можете найти эту информацию на чертеже или закрывающих документах. Либо проведите измерения самостоятельно, перемножив ширину и длину всех прямоугольников в доме.
Сложите эти суммы, чтобы получить цифру. Проверьте изоляцию дома, чтобы убедиться, что все в отличном состоянии. Оцените свое пребывание на солнце и то, какое освещение вы получаете от деревьев и окружающих компонентов.
Подрядчики HVAC используют эмпирическое правило, чтобы выделить 20 BTUS на каждый квадратный фут площади внутри вашего дома. Например, если площадь вашей комнаты составляет около 2000 квадратных футов, вам потребуется система с рейтингом БТЕ 4,3 из 5. Если вы все еще пытаетесь найти правильный рейтинг БТЕ для вашего кондиционера, возможно, эта таблица поможет вам избавиться от этой проблемы. немного света.
| Размер помещения/зоны | Мощность БТЕ | Тип 9 0082 |
| 200 кв. футов | 9 000–11 000 БТЕ | Помещения размером 10×20, 12× 12 или 15×15 |
| 400 кв. футов | 18 000–22 000 БТЕ | 20×20 Гараж или комната |
700 кв. ft | 31,000-38,000 BTU | Таунхаус до двух спален |
| 1 000 кв. футов | 45 000-55 000 БТЕ | Апартаменты до трех спален |
| 1 500 кв. футов | 68,0 00–82 000 БТЕ | Средний дом |
| 2 000 кв. футов | 90 000–110 000 БТЕ | Гостевой дом |
| 2 500 кв. футов | 113 000–137 000 БТЕ | Большой дом |
| 3 000 кв. футов 901 48 | 135 000–165 000 БТЕ | Одна зона — большой дом |
Эффективность
Наряду с подсчетом необходимого количества БТЕ на квадратный фут вам необходимо сосредоточиться на энергоэффективности, чтобы ваши счета оставались низкими. Что касается кондиционеров, то коэффициент сезонной энергоэффективности (SEER) выше 16 является идеальным, а значения выше 15 и 13 вполне приемлемы. Для тепловых насосов необходимо учитывать коэффициент сезонной эффективности отопления (HSPF), где подходит значение 9,2 и выше.