Bài giảng Nhiệt động lực học - Chương 7 (Phần 1): Không khí ẩm - Hà Anh Tùng

Nội dung text: Bài giảng Nhiệt động lực học - Chương 7 (Phần 1): Không khí ẩm - Hà Anh Tùng

1. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Chương 7 (Phần1): KHÔNG KHÍ ẨM KK khô ¾ 7.1 Khái niệm cơ bản KK ẩm ρ h ϕ ¾ 7.2 Các thông số đặc trưng của KK ẩm d I ¾ 7.3 PP đo độ ẩm tương đối của KK ẩm Đồ thị t-d ¾ 7.4 Đồ thị KK ẩm Đồ thị I-d p.1
2. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 7.1 Khái niệm cơ bản ¾ KK khô và KK ẩm KK khô được xem - KK khô : hỗn hợp gồm O2 + N2 như khí lý tưởng ở điều kiện bình thường KK ẩm = KK khô + hơi nước KK ẩm (T, G, p) T = Ta = Th Theo tính chất hỗn hợp khí: G = Ga + Gh KK Ta Ga pa khô V = Va = Vh p = pa + ph Th Gh ph Thường phân áp suất ph của hơi nước trong không khí ẩm rất nhỏ (15-20 mmHg) - Tùy theo giá trị Hơi nước trong KK Hơi bão hòa ẩm (T ,p ) của hơi nước h h ẩm sẽ ở trạng thái Hơi quá nhiệt trong KK ẩm p.2
3. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Ví dụ 1: xác định trạng thái của hơi nước trong KK ẩm ở các điều kiện sau a) Không khí có nhiệt độ T = 25oC, T ? phân áp suất của hơi nước trong KK là ph = 20 mmHg 3 21 Đáp án: HƠI QUÁ NHIỆT x = 0 = c ons x x o = b) Không khí có nhiệt độ T = 25 C, t 1 phân áp suất của hơi nước trong KK là ph = 35 mmHg s Đáp án: HƠI BÃO HÒA ẨM p.3
4. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Phân loại KK ẩm: KK ẩmcó thể có 1 trong 3 trạng thái p = p T B hbh a) KK ẩm chưa bão hòa pA= ph 0 tồn tại khi chứa hơi nước ở = D B x trạng thái HƠI QUÁ NHIỆT TA A (Điểm A) : ph < phbh x = Còn có thể nhận tiếp 1 được hơinước + hơi s b) KK ẩm bão hòa nước Đồ thị T-s của hơi nước trong KK ẩm tồn tại khi có chứa hơi nước ở trạng thái BÃO HÒA KHÔ c) KK ẩm quá bão hòa ước (Điểm B): p = p + hơi n B hbh khi có chứa hơi nước ở Trạng thái không bền vững Æ trở về KK ẩm trạng thái BÃO HÒA ẨM bão hòa + 1 lượng nước ngưng tụ (Điểm D) p.4
5. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM T pB= phbh ¾ KK ẩm chưa bão hòa 0 (trạng thái A) là trạng thái = x B pA= ph thường gặp trong thực tế TA A ¾ KK ẩm chưa bão hòa (A) T đs x C = có thể chuyển sang trạng 1 thái KK ẩm bão hòa bằng 2 cách sau: s * Cách 1: -Giữ nhiệt độ KK không thay đổi(T= const) Đường AB tăng lượng hơi nướcbay hơi vào KK tăng phân áp suất của hơi nước đến khi đạt trạng thái bão hòa B * Cách 2: -Giữ phân áp suất của hơi nước trong KK không thay đổi(ph= const) giảm nhiệt độ không khí xuống cho đến khi đạt trạng Đường AC thái bão hòa C (TC = Tđs: nhiệt độ đọng sương) p.5
6. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Ví dụ 2: nhiệt độ đọng sương T p = const 0 = x TA A T đs x C = 1 s Trạng thái KK trước (A) và sau (C) khi làm lạnh p.6
7. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 7.2 Các thông số đặc trưng của KK ẩm ¾ Độ ẩmtuyệt đối G :khối lượng hơi nước chứa G h ρ = h (kg / m3 ) trong khốiKK ẩm h V pt (1) V :Thể tích khối KK ẩm Chú ý: a) độ ẩm tuyệt đối không quan trọng bằng độ ẩm tương đối b) Vì phân áp suất của hơi nước trong KK ẩm rấtnhỏ Æ có thể xem hơi nước trong KK ẩm là khílýtưởng. phV = Gh RhT hay ph = ρ h RhT Ví dụ 3: tính khối lượng hơi nước chứa trong 1m3 KK ẩm nếu biết KK ẩm o có nhiệt độ 25 C và phân áp suất của hơi nước là ph = 15 mmHg 15 *105 p p = ρ R T ⇒ ρ = h = 750 = 0.015 kg = 15 g h h h h R T 8314 h *()25 + 273 18 p.7
8. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Độ ẩm tương đối G Khối lượng hơi nước đang chứa trong khốiKK ϕ = h = (%) Ghbh Khối lượng hơi nước TỐI ĐA có thể chứa trong khốiKKở trạng thái bão hòa Chú ý: Độ ẩm tương đối càng nhỏ Æ KK càng có khả năng nhận thêm hơi nước bốc hơi vào Ví dụ: bảng độ ẩm tương đối của tp HCM Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ϕ ()% 74 71 71 74 81 84 84 85 86 85 82 78 * Công thức tính ϕ G p V / R T p ϕ = h = h h ϕ = h (%) pt (2) Ghbh phbhV / RhT phbh p.8
9. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM p * Ý nghĩa công thức ϕ = h phbh T phbh 0 p = B h Muốn xác định phbh tại nhiệt độ T x A T A Từ nhiệt độ T (oC) Æ tra bảng “Nước x và hơi nước bão hòa” theo nhiệt độ = 1 Áp suất phbh s Ví dụ 4: KK ẩm ở áp suất p = 1bar, nhiệt độ 25oC có phân áp suất của hơi nước là ph = 15 mmHg Æ Hỏi độ ẩm tương đối của KK là bao nhiêu ? tra bảng “Nước và o T = 25 C hơi nước bão hòa” phbh = 0.03166 (bar) = 23.7 mmHg 15 theo nhiệt độ ϕ = = 0.63 = 63% p.9 23.7
10. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Độ chứa hơi G Khối lượng hơi nước trong khốiKKẩm d = h = Ga Khối lượng không khí khô trong khối KK ẩm ( kg/kga ) p V 8314 G = h h R T p R p Ta có: h d = h a = h 29 p V a pa Rh pa 8314 Ga = RaT 18 với p = pa + ph p ϕ p d = 0.622 h hay d = 0.622 hbh (kg/kga) p − ph p −ϕ phbh pt (3) Ví dụ 5: KK ẩm ở áp suất p = 1bar, nhiệt độ 25oC có độ ẩm tương đối ϕ = 0.6 Æ Hỏi độ chứa hơi d của KK ẩm là bao nhiêu ? 0.6*0.03166 T = 25oC p = 0.03166 (bar) d = 0.622 = 0.012 kg / kg hbh 1− 0.6*0.03166 a p.10
11. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Entanpi của KK ẩm: trong kỹ thuậtthường tính Entanpi của 1 kg KK khô và d kg hơi nước chứa trong (1+d) kg KK ẩm ia (kJ/kga): entanpi của KK khô có trong KK ẩm I = ia + ()d *ih ih (kJ/kgh): entanpi của hơi nước có trong KK ẩm Nếu qui ướcchọn điểmgốc tại t = 0oC và p = 101.325 kPa thì: i = 1.006 t a với t (oC) : nhiệt độ KK ẩm ih = 2500.77 +1.84 t I = 1.006 t + (2500.77 +1.84t) d pt (4) I ≈ t + ()2500 + 2t d (kJ/kga) Ví dụ 6: KK ẩm ở áp suất p = 1bar, nhiệt độ 25oC có độ ẩm tương đối ϕ = 0.6 Æ Xác định Entanpi I của KK ẩm? Từ Ví dụ 5 d = 0.012 kg/kga I = 25 + (2500 + 2* 25) 0.012 = 55.6 (kJ/kg ) p.11 a
12. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 7.3 Nhiệt độ nhiệt kế ướt và phương pháp đo độ ẩm tương đối của KK * Để xác định độ chứa hơi d và độ ẩm tương đối ϕ của KK ẩm Æ phải dùng phương pháp đo gián tiếp : Phương pháp NHIỆT KẾƯỚT Nhiệt độ nhiệtkế KHÔ Nhiệt độ nhiệtkế ƯỚT t (oC) o k tư ( C) Dòng KK Bấc nhúng nước ẩm -Nhiệt độ dòng KK ẩm được đo bằng tk ϕ = f t − t - tư là nhiệt độ của bấc nhúng nước, tư phụ thuộc ( k u ) vào tốc độ bay hơi của nước vào KK ẩm quanh bấc p.12
13. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Độ chứahơi d của dòng KK ẩm được tính bằng công thức: c pa ()tu − tk + du r ⎛ d ⎞ p d = kg/kg ϕ = ⎜ ⎟ a 0.622 + d p (t ) ih − inu ⎝ ⎠ hbh k với: cpa : nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí khô c pa ≈ 1 kJ / kgK o tư, tk : nhiệt độ nhiệt kế ướt và nhiệt kế khô ( C) r : tra từ bảng hơi nước bão hòa ứng với tư ih : entanpi của hơi nước trong KK ẩm ứng với nhiệt độ tk ih = 2500.77 +1.84 tk inư : entanpi của nước trên bấc ứng với nhiệt độ tư inu = 4.18 tu (kJ / kg) 1 dư : độ chứahơi của KK ẩm bão hòa trên bề mặt d = 0.622 u p bấc ứng với nhiệt độ tư −1 phbh (tu ) Ví dụ 7: tham khảo Ví dụ 7.1 trong sách “Nhiệt động lực học kỹ thuật” p.13
14. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Tóm tắt các công thức quan trọng về KK ẩm - Độ ẩm tương đối Muốn xác định phbh tại nhiệt độ T Gh ph ϕ = = (%) Từ nhiệt độ T (oC) Æ tra bảng “Nước và hơi Ghbh phbh nước bão hòa” theo nhiệt độ Áp suất phbh - Độ chứa hơi p ϕ p d = 0.622 h hay d = 0.622 hbh (kg/kga) p − ph p −ϕ phbh chú ý: p = pa + ph -Entanpi của KK ẩm với t (oC) : nhiệt độ KK ẩm I ≈ t + ()2500 + 2t d (kJ/kga) p.14
15. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 7.4 Đồ thị KK ẩm ¾ Để giải các bài toán về KK ẩm, ngoài các công thức tính toán, chúng ta còn có thể giải bằng phương pháp dùng đồ thị. ¾ Thường sử dụng 1 trong 2 loại đồ thị sau: Đồ thị I-d hoặc Đồ thị t-d ¾ Nguyên tắc sử dụng: Nhiệt độ t (oC) Phân áp suấthơinước ph Từ 2 thông số nào đó đã biết của KK ẩm trong số Độ chứa hơi d (g/kga) Độ ẩm tương đối ϕ (%) Xác định được VỊ TRÍ Các thông Entanpi KK ẩm I (kJ/kga) của KK ẩm trên đồ thị số còn lại p.15
16. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ) ¾ Đồ thị I-d củaKK ẩm - Ví dụ 8: KK ẩm ở 25oC có ϕ = 60% I = I ? kcal/kg KK khô = 20% ( % = = 5 ϕ 0% co ϕ = 6 n ϕ t = 25oC st % ϕ = 60 Entanpi I 100% ϕ = d = ? t = const - Tìm nhiệt độ đọng sương tđs và nhiệt độ nhiệt kế ướt tư (mmHg) I h1 = p h co p n 60% st ϕ = 60% o ϕ = o t = 25 C d1 t = 25 C Độ chứa hơi d (g/kg KK khô) tư tđs = 100% ϕ = 100% ϕ p.16
17. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Đồ thị t-d củaKK ẩm ) ) a a /kg I kJ = I ( i co % n 0 d (g/kg anp st 6 nt = i E ϕ ơ ah d = const ứ % 100 ch ϕ = Độ t = 25oC tđs tư k Nhiệt độ t (oC) p.17
18. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM BÀI TẬP Bài tập1: Xác định: Phòng 5m x 5m x 3m - Độ chứahơi d (g/kga) T = 25 oC - Entanpi I (kJ/kga) p = 100 kPa -Khối lượng hơinước trong phòng ϕ = 75 % -Tínhlạid vàI bằng cách dùng đồ thị I-d. 3 o Bài tập 2: 10 m không khí ẩm ở áp suấtp1 = 1 bar, nhiệt độ t1 = 20 C, o nhiệt độ đọng sương tđs = 10 C. Xác định độ ẩm tương đối ϕ , độ chứa hơi d, entanpi I và khối lượng không khí ẩmG. p.18
19. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM BÀI GIẢI Bài tập1: o T = 25 C phbh = 0.03166 bar ph = ϕ ∗ phbh = 0.023745 bar Suy ra: ph 0.023745 d = 0.622 = 0.622 = 0.015 kg / kg a p − ph 1− 0.023745 I ≈ t + ()2500 + 2t d = 25 + (2500 + 2* 25) *0.015 = 63.25 kJ / kg a p V 0.023745*105 *5*5*3 G = h = = 1.294 kg h R T 8314 h *(25 + 273) 18 d ≈ 15 g / kg Đồ thị I-d a I ≈ 15 kcal / kg a = 63 kJ / kg a p.19