Bài giảng Nhiệt động lực học - Chương 7 (Phần 2): Không khí ẩm - Hà Anh Tùng

Nội dung text: Bài giảng Nhiệt động lực học - Chương 7 (Phần 2): Không khí ẩm - Hà Anh Tùng

1. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Chương 7 (phần cuối) : 7.5 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KK ẨM ¾ 1) Quá trình gia nhiệt và làm lạnh không khí ¾ 2) Quá trình bốc hơi, tăng ẩm ¾ 3) Hỗn hợp của các dòng không khí ¾ 4) Quá trình sấy p.1
2. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 1 Quá trình gia nhiệt và làm lạnh KK a) Quá trình GIA NHIỆT không khí Ga , d , T1 , I1 Ga ,d, T2 , I2 Q ) a kg ¾ d = const / ) kJ a ( i I % ¾ Sau khi gia nhiệt 0 anp 3 nt % = d (g/kg E 0 ϕ o o 8 t2 ( C) > t1 ( C) = i ϕ ơ 0 % ϕ2 < ϕ1 = 10 ah ϕ 8 ứ 1 2 d = const ch ¾ Nhiệt lượng cung cấp Độ cho quá trình GIA NHIỆT 14oC 30oC Q12 = Ga (I 2 − I1 ) Nhiệt độ t (oC) kg p.2 kJ a kJ/kga
3. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM b) Quá trình LÀM LẠNH không khí ¾ Làm lạnh KK trên nhiệt độ điểm sương (quá trình 1-2 trên hình) % ) 0 d = const a ) 0 a /kg 1 kJ = ( ϕ Q = G I − I i I % % 12 a ( 1 2 ) 50 30 d (g/kg anp = = nt E ϕ ϕ kJ kg a kJ/kga 3 14 1 4 2 10.6 ¾ Làm lạnh KK dưới nhiệt độ điểm sương (quá trình 1-4 trên hình) * Lượng nước ngưng tụ: o t = 19oC 40oC 15 C đs G = G (d –d) Nhiệt độ t (oC) n a 1 4 Nhiệt lượng lấy đi: Q14 = Ga (I1 − I 4 ) kJ kg kJ/kg p.3 a a
4. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM c) Quá trình KHỬ ẨM (giảm ẩm) không khí Làm lạnh Gia nhiệt % ) 0 ) 123 a a kg 0 / 1 kJ = ( i I ϕ KK ẩm anp d (g/kg nt 1 E ϕ p = 1 at d1 2 1 d2=d3 ϕ 3 3 Ga Ga Ga ϕ ϕ = 100% ϕ 1 Gn 2 3 t t2 t2 1 t2 t3 t1 d < d d = d o d1 2 1 3 2 Nhiệt độ t ( C) Làm lạnh dưới nhiệt độ điểm sương Gia nhiệt 1 2 3 (1 phần hơi nước ngưng tụ thành nước) d = const Lượng nước ngưng tụ: Gn = Ga (d1 − d 2 ) (kg) p.4
5. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ví dụ 7.2 sách “Nhiệt động lực học KT” KK ẩm o làm lạnh o gia nhiệt t = 30oC t1 = 30 C t2 = 10 C 3 V = 280 m3/ph k ϕ = 50% ϕ = 100% p = 1.013 bar 1 2 Gn ngưng tụ a) Lưu lượng khối lượng KK khô qua hệ thống Ga (kg/ph) b) Lượng nước ngưng tụ trong 1h Gn (kg/h) Xác định: c) Độ ẩm KK khi ra khỏi thiết bị ϕ3 (%) d) Năng suấtmáy lạnh cần thực hiện Q12 (kW) a) Biết (t1 , ϕ1) ph1 pa1 = p – ph1 , có ( pa1 , Vk , t1 ) Ga b) G = G (d -d ) n a 1 2 Cần tính d1 , d2 từ trạng thái 1 và 2 đã biết c) Trạng thái 3 đã biết (t3 , d3 = d2 ) ϕ3 d) Năng suất máy lạnh cần thực hiện: Q12 = Ga (I1-I2) p.5
6. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 2 Quá trình bốc hơi, tăng ẩm ¾ Có thể tăng độ ẩm của KK bằng 2 cách phun khác nhau: a) Phun bằng nước lạnh : quá trình này có I = const ) a I I = i c np on ϕ 2 a st nt d (g/kg E d ϕ 1 2 0 % 2 10 d1 ϕ = 1 Lượng nước cần phun vào: t2 t1 G = G (d − d ) kg / h t (oC) w a 2 1 o Ví dụ 7.4: KK ẩm có t1 = 40 C Tăng ẩm = t2 ? ϕ2 = 100% Ga = 90 kg/ph ϕ1 = 20% phun nước Gw ? Biết (t1, ϕ1) d1 , I1 Có ϕ2 , I2 = I1 d2 Gw = Ga (d 2 − d1 ) p.6
7. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM b) Phun bằng hơi nước ) KK ẩm (t , d , I ) (t , d , I ) a 1 1 1 2 2 2 i I 2 G1 = Ga+Gh1 G2 = Ga+Gh2 anp ϕ nt d (g/kg E 2 d2 Hơi nước 0 % 10 (Gw , ih3) ϕ = 1 d1 ϕ1 * Pt cân bằng chất: Gh2 = Gh1 + Gw t1 t2 Lượng hơinước t (oC) G = G (d − d ) phun thêm vào: w a 2 1 (kg/h) * Pt cân bằng năng lượng: Ga I1 + Gw ih3 = Ga I 2 Ví dụ 7.3: KK ẩm có t = 22oC Tăng ẩm = phun hơi nước bão t2 ? k1 ϕ ? G = 90 kg/ph t = 9oC hòa khô (110oC, G =52 kg/h) 2 a ư1 w I ? Biết (t , t ) d 2 k1 ư1 d1 , I1 Có (Gw, Ga, d1) 2 o t , ϕ Hơi bão hòa khô 110 C ih3 Có (Gw, Ga, I1, ih3) I2 2 2 p.7
8. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 3 Hỗn hợp của các dòng không khí p.8
9. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Hai trường hợp hòa trộn KK thường gặp trong thực tế: a) Hỗn hợp đoạn nhiệt của các dòng KK I 2 ) a G I 3 a1 2 t1 , d1 , I1 d2 t3 , d3 , I3 I 1 d (g/kg 3 d3 % G 00 G a3 = 1 a2 t2 , d2 , I2 ϕ 1 d1 3 nằm trên đoạn thẳng nối1 và 2 t1 t3 t2 t (oC) Từ: G t + G t t = a1 1 a2 2 3 G + G Ga1 + Ga2 = Ga3 a1 a2 Ga1 d1 + Ga2 d 2 Ga1 I1 + Ga2 I 2 = Ga3 I 3 d3 = Ga1 + Ga2 Ga1 d1 + Ga2 d 2 = Ga3 d3 Ga1 I1 + Ga2 I 2 I 3 = p.9 Ga1 + Ga2
10. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM b) Hỗn hợp phi đoạn nhiệt của các dòng KK I 2 ) Gia nhiệt Q a I M 2 Ga1 d2 I 1 d (g/kg t1 , d1 , I1 3 M d =d t3 , d3 , I3 3 M 0 % 10 = ϕ d G M Ga3 1 1 a2 t2 , d2 , I2 t1 tM t2 t3 t (oC) G t + G t t = a1 1 a2 2 M G + G a1 a2 Các thông d3 = d M Ga1 d1 + Ga2 d 2 số còn lại Ta có: d = M tại3 Ga1 + Ga2 t3 đã biết Ga1 I1 + Ga2 I 2 I M = Ga1 + Ga2 p.10
11. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ví dụ 7.5: I 2 3 ) V1 = 142 m /ph a p = 1 bar I 3 1 2 (1) d1 = 0.002 kg/kga d2 o I 1 d (g/kg t1 = 5 C t3 ? (3) 3 d3 d ? 0 % 3 10 ϕ = I3 ? d (2) 3 1 1 V2 = 425 m /ph p2 = 1 bar t1 t3 t2 o ϕ2 = 50 % t ( C) o t2 = 24 C Biết (t1, d1) I1 , ph1 Từ (ph1, V1 , T1) Ga1 (kg/ph) Biết (t2, ϕ2) I2 , ph2 Từ (ph2, V2 , T2) Ga2 (kg/ph) Ga1, t1, d1, I1 Có Ga3, t3, d3, I3, ϕ3 Ga2, t2, d2, I2 p.11
12. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 4 Quá trình SẤY I ϕ2 I2 2 I= Q co ϕ ns 3 t2 t ϕ = 100% 3 t3 ϕ , t ϕ , t 1 1 2 2 ϕ3, t3 ϕ1 I1 1 t1 Gia nhiệt Buồng sấy d = d 1 2 d3 > d1 d - KK lạnh ban đầu ở trạng thái 1 được gia nhiệt đến trạng thái 2. Quá trình 1-2 có tính chất: d = const -Sau đó KK nóng ở trạng thái 2 thổi qua buồng sấy, lấy đi một lượng hơi nước (hút ẩm) từ các vật cần sấy. Quá trình 2-3 có tính chất : I = const * Lượng hơi nước lấy đi từ vật sấy: Gn = Ga (d3 − d1 ) (kg/h) * Nhiệtlượng cần cung cấpchobộ gia nhiệt: Q = Ga (I 2 − I1 ) (kJ/h) p.12
13. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ví dụ 7.6: o Bộ gia nhiệt Buồng sấy t1 = 20 C o o KK t2 = 95 C t3 = 35 C ϕ1 = 60 % Tính: a) Lưu lượng gió (KK) V (m3/h) cần cung cấp nếu biết lượng nước cầnphải lấy đi là Gn = 50 kg/h b) Lưu lượng hơi Gh (kg/h) mà lò hơi cần cung cấp cho bộ gia nhiệt nếu biết hơi sử dụng trong lò hơi là hơi bão hòa khô, nhiệt độ nước ngưng thải là 100oC , áp suất đồng hồ lò hơi chỉ 4 bar. GRT a) Lưu lượng gió cần cung cấp: V = (m3 / h) cần tính G (kg/h) p Gn G ≈ Ga = cần xác định d1 , d3 (kg/kga) d3 − d1 Q12 Ga (I 2 − I1 ) b) Lưu lượng hơi mà lò hơi cung cấp: Gh = = (kg / h) I h5 − I n6 I h5 − I n6 -Hơi trong lò hơi là bão hòa khô (ph = 4 +1= 5 bar, x = 1) I h5 = I ′′ o -Nước ngưng thải từ lò hơi (100 C, 5 bar) I n6 p.13
14. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM BÀI TẬP o Bài 1: Dòng không khí ẩm có áp suất p = 0.1 MPa nhiệt độ t1 = 30 C, độ ẩm o tương đối ϕ1 = 0.8 được làm lạnh đến nhiệt độ t2 = 10 C để khử ẩm, o sau đó được gia nhiệt đến t3 = 20 C để thổi vào phòng a) Biểu diễn quá trình trên đồ thị I-d b) Xác định các thông số cần thiết tại các điểm 1, 2 , 3 c) Xác định lượng nước ngưng tụ mw (kg/h), năng suất lạnh của thiết bị Qo (kW) biết lưu lượng của dòng không khí Ga = 50 kg/ph o Bài 2: Không khí ở trạng thái ban đầu có nhiệt độ t1 = 20 C, độ ẩm ϕ1 = 60%, áp suất p1 = 0.1 MPa được thổi qua calorifer để gia nhiệt đến nhiệt độ t2 o o = 50 C, sau đó thổivào buồng sấy, nhiệt độ ra khỏi buồng sấy t3 = 30 C a) Biểu diễn quá trình trên đồ thị I-d b) Xác định độ ẩm không khí ra khỏi buồng sấy ϕ3 c) Xác định lượng KK cần thiết để bốc hơi 1kg nước từ vật sấy d) Tính nhiệt lượng cung cấp cho calorifer p.14
15. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ĐÁP ÁN Bài 1: b) Thông số tại 1, 2, 3 I o Điểm 1: t1=30 C Æ phbh1 = 0.04241 bar I1 ϕ 1 phbh1 80% d1 = 0.622* = 0.022 kg / kg a ϕ = 100% p −ϕ 1 phbh1 30oC 1 I = t + (2500 + 2t ) d = 85.9 kJ / kg 3 ϕ 1 1 1 1 a 20oC 1 o Điểm 2: t2=10 C Æ phbh2 = 0.012277 bar I2 o 10 C ϕ 2 phbh2 2 d 2 = 0.622 * = 0.0078 kg / kg a p −ϕ 2 phbh2 d = d d I = t + (2500 + 2t ) d = 29.5 kJ / kg 2 3 1 d 2 2 2 2 a o Điểm 3: t3=20 C Æ phbh3 = 0.02337 bar c) d3 = d 2 = 0.0078 kg / kg a mw = Ga ()d1 − d 2 = 0.71 kg / ph pd3 ϕ3 = = 0.53 G ()I − I 0.622 phbh3 + d3 phbh3 Q = a 1 2 = 47.03 kW o 60 I = t + (2500 + 2t ) d = 39.6 kJ / kg p.15 3 3 3 3 a
16. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Bài 2: I b) Xác định ϕ3 ϕ2 I2 2 Biết (t , ϕ ) Æ d , I I= 1 1 1 1 co ϕ ns 3 ϕ = 100% t2 t Biết (t , d = d ) Æ I 3 t3 2 2 1 2 ϕ1 I1 1 Biết (t3, I3 = I2) Æ d3 Æ ϕ3 t1 c) Xác định lượng KK cần thiết để bốc hơi 1kg nước từ vật sấy d = d 1 kg KK khô tải được(d –d) kg nước 1 2 d3 > d1 d 3 1 1 Lượng KK khô cần thiết để tải1 kg nước từ vật sấy là: (kg) d3 − d1 1+ d Lượng KK ẩm cần thiết để tải1 kg nước từ vật sấy là: 1 (kg) d3 − d1 1+ d d) Nhiệt lượng cung cấp cho calorifer: Q = 1 ()I − I (kJ) 12 d − d 2 1 p.16 3 1