A nedves levegő és állapotváltozásai

Az előadások a következő témára: "A nedves levegő és állapotváltozásai"— Előadás másolata:

1 A nedves levegő és állapotváltozásai

2 A nedves levegő A nedves levegő egy gáz-gőz keverék.
A levegőben lévő vízgőz kondenzálódhat, ráadásul fajhője széles határok között változik. Ugyancsak gáz-gőz keverék a belsőégésű motorokban alkalmazott üzemanyag-levegő keverék is.

3 Általános feltételezések
A levegő ideális gáz, nem kondenzálódik. A vízgőz ideális gáz, de képes kondenzálódni. A lekondenzálódott vízgőz (víz) nem oldja észrevehető mértékben a levegőt.

4 A nedves levegő alapállapotai
Szokványos esetben a levegőben lévő vízgőz parciális nyomása kisebb mint a vízgőz-levegő keverék hőmérsékletéhez tartozó telítési nyomás (telítetlen nedves levegő) A levegőben lévő vízgőz parciális nyomása egyenlő a vízgőz-levegő keverék hőmérsékletéhez tartozó telítési nyomással (telített nedves levegő) A levegőben lévő vízgőz parciális nyomása nagyobb a vízgőz-levegő keverék hőmérsékletéhez tartozó telítési nyomásnál (túltelített nedves levegő). Instabil állapot, ami a vízgőz egy részének kondenzálódásával gyorsan átmegy a stabil állapotba (telített nedves levegő).

5 A tenziógörbe víz túlhevített vízgőz p (Pa) Telítési görbe ps 2 pg 1
t (oC) t Relatív nedvességtartalom (egy adott hőmérsékleten!) A számítások alapja 1 kg száraz levegő és a benne lévő x kg vízgőz, azaz 1+x (kg) nedves levegő.

6 Kapcsolat a relatív és az abszolút nedvességtartalom között

7 A nedves levegő entalpiája
1 kg száraz levegő entalpiája (kJ/kg)

8 A nedves levegő entalpiája
1 kg száraz levegő entalpiája (kJ/kg) x kg vízgőz entalpiája (kJ/kg)

9 A nedves levegő entalpiája
x kg vízgőz túlhevítési hője (kJ/kg) x kg vízgőz entalpiája (kJ/kg)

10 A nedves levegő entalpiája
x kg víz rejtett hője 0 oC-on (kJ/kg) x kg vízgőz túlhevítési hője (kJ/kg)

11 A h-x diagram  = 1 víz jég h (J/kg·K) túlhevített mező h= áll.
t= áll. h= áll. t= áll. t > 0 t < 0 víz ködmező jég x (kg/kg)

12 A h-x diagram A h-x diagram (a levegőben lévő vízgőz parciális nyomásának meghatározása) h (J/kg·K) túlhevített mező  = 1 h= áll.  = áll. t= áll. pg (mbar) h= áll. t= áll. t > 0 t < 0 víz ködmező jég x (kg/kg)

13 A nedves levegő állapotváltozása felületi hőcserélőben
h (J/kg·K) h2 2 Harmatponti hőmérséklet. 2 h1 1 h2 t2 h3  = 1 1 t1 pg (mbar) 2 t2 3 t3 Ha a felületi hőcserélőben történő hűtés véghőfoka kisebb, mint az abszolút gőztartalomhoz tartozó harmatponti hőmérséklet, akkor a levegő abszolút nedvességtartalma csökken, a levegő telített állapotú lesz (3=1) és az x1-x3 kg/kg víz kicsapódik. Ha a felületi hőcserélőben történő hűtés véghőfoka nem kisebb, mint az abszolút gőztartalomhoz tartozó harmatponti hőmérséklet, akkor a felületi fűtés megfordítottja történik. x1=x2; 2>1 Felületi hőcserélőben történő fűtés esetén nem változik az abszolút gőztartalom, a relatív nedvességtartalom csökken. x1=x2; 2<1 x3 x1 x (kg/kg)

14 A nedves hőmérséklet adiabatikus párolgási hőmérséklet
h (J/kg·K) Állandósult állapotban a levegő nedvességtartalma fokozatosan nőni fog és az állapotváltozás h=áll. mentén zajlik le a telítési állapotig. h1 1  = 1 1 t1 2 pg (mbar) t2 t2 az ‘1’ állapothoz tartozó nedves hőmérséklet x1 x (kg/kg)

15 A nedves hőcsere gőz befúvatással
A befúvatott gőz mennyisége nem változtatja meg jelentősen a nedves levegő tömegáramát, amit döntően a száraz levegő határoz meg, azaz (1+x1) ≈(1+x2)

16 A nedves hőcsere gőz befúvatással
A befúvatott gőz mennyisége nem változtatja meg jelentősen a nedves levegő tömegáramát, amit döntően a száraz levegő határoz meg, azaz (1+x1) ≈(1+x2)

17 A nedves hőcsere gőz befúvatással

18 A nedves hőcsere gőz befúvatással
Az állapotváltozás egy olyan egyenes mentén történik, melynek iránytangense megközelítőleg egyenlő a befúvatott gőz entalpiájával!

19 A nedves hőcsere víz beporlasztással
A hő- és a nedvességmennyiségekre felírt egyenletek azonos szerkezetűek a gőz befúvatásával történő nedvesítéssel kapcsolatban felírtakkal és ismét igaz, hogy (1+x1) ≈(1+x2)

20 A nedves hőcsere víz beporlasztással
Mivel a beporlasztott víz hőmérséklete általában alacsony, a h/x = áll. vonalak alig futnak „laposabban”, mint az h1+x = áll. vonalak, azaz a víz beporlasztásával történő nedvesítés jó közelítéssel adiabatikusnak tekinthető! A hő- és a nedvességmennyiségekre felírt egyenletek azonos szerkezetűek a gőz befúvatásával történő nedvesítéssel kapcsolatban felírtakkal és ismét igaz, hogy (1+x1) ≈(1+x2)

21 A h-x diagram keretléptéke
Az h-x diagram három oldalán a h/x = áll. állandó vonalak iránya van megjelölve. Az egyes h/x = áll. vonalakat az adott irányjelzőnek a ‘0’ ponttal történő összekötésével lehet megkapni. A nedves hőcsere irányát a kiinduló állapoton át az adott h/x = áll. vonallal húzott párhuzamos mutatja meg.

22 A nedves hőcserélőben lezajló állapotváltozás (víz beporlasztás vagy gőz befúvás)
h (J/kg·K) h/x = hgőz h1 1 2  = 1 t2 1 t1 2 pg (mbar) t2 Nedves hőmérséklet h/x = hvíz h1 h/x = hvíz  h1 h/x = 0 = áll. x1 x2 x2 x (kg/kg)

23 Keverés x1 és x2 nedvességtartalmú levegő összekeverése után az eredő nedvességtartalom h1 és h2 entalpiájú levegő összekeverése után az eredő entalpia

24 Állapotváltozás a keverő hőcserélőben
h (J/kg·K) h2 keveredés utáni állapot i1 1 2  = 1 t2 2 1 t1 pg (mbar) m2 m1 keverő egyenes x1 x2 x (kg/kg)

25 Állapotváltozás a keverő hőcserélőben (ködképződéssel)
h (J/kg·K) h1 A keveredés után tk hőmérsékletű telített állapotú levegő jön létre és az xk-xs mennyiségű nedvesség kiválik köd formájában minden kg nedves levegőből.  = 1 hk 1 t1 pg (mbar) h2 tk t2 2 x (kg/kg) x2 x1 xs xk

26 Ellenőrző kérdések (1) Milyen általános feltételezésekkel kezeljük a nedves levegőt? Milyen esetben beszélünk telítetlen nedves levegőről? Mit tud mondani a túltelített állapotú nedves levegőről? Mi a közös alapja a nedves levegővel kapcsolatos számításoknak? Mi értenek relatív nedvességtartalom alatt? Milyen összefüggésben van egymással a relatív és abszolút nedvességtartalom? Mi a telítési fok és milyen feltétel teljesülése esetén tekinthető gyakorlatilag azonosnak a relatív nedvességtartalommal? Mit értünk érezhető és rejtett entalpia alatt? Írja fel a telítetlen nedves levegő entalpiájának összefüggését!

27 Ellenőrző kérdések (2) Írja fel a nedves levegő entalpiájának összefüggését, ha az jég- ill. hókristályokat is tartalmaz! Írja fel a telített nedves levegő entalpiájának összefüggését! Mi a harmatponti hőmérséklet? Mi a nedves hőmérséklet? Adott állapotú levegőt feltételezve annak harmatponti vagy nedves hőmérséklete a kisebb? Miért? Mire és hogyan használható fel az i-x diagram ún. keretléptéke? Mi az ún. keverő egyenes? Hogyan határozható meg két különböző állapotú levegő összekeverése esetén kialakuló légállapot?