Giáo trình vi khí hậu 3 ppt

Dưới áp suất và nhiệt độ nhất định, nếu không khí bão hòa hơi nước thì độ ẩm tuyệt đối của nó sẽ có giá trị lớn nhất và gọi là độ ẩm tuyệt đối bão hòa Dbh.. + Vùng dưới là vùng sương mù,

a/ Độ ẩm của không khí:

Độ ẩm tuyệt đối D [kg/m3]:

Độ ẩm tuyệt đối là đại lượng biểu thị trọng lượng hơi nước chứa trong 1m3 không khí ẩm, từ công thức (b) ta có:

D =

T R

P V

G

hn

hn

hn=

Thay Rhn=3,461 và ta có:

T

P 0,289

Dưới áp suất và nhiệt độ nhất định, nếu không khí bão hòa hơi nước thì độ ẩm tuyệt đối của nó sẽ có giá trị lớn nhất và gọi là độ ẩm tuyệt đối bão hòa Dbh 2

Độ ẩm tương đối ϕϕϕϕ [%]:

Đó là đại lượng biểu thị bằng tỉ số giữa độ ẩm tuyệt đối D và độ ẩm tuyệt đối bão hòa

Dbh ở cùng nhiệt độ và áp suất:

hn

hn bh hn

hn hn

hn

P P

T R T P

P D

D

=

×

=

⇒ Phn = ϕ×Phnbh

⇒ Độ ẩm tương đối ϕ biểu thị mức độ “no” hơi nước của không khí, phụ thuộc Phn trong không khí

Thông thường Phn và bh

hn

P tăng lên khi nhiệt độ tăng, nhưng Phnhb tăng với mức độ nhanh hơn, do đó khi to tăng → ϕ giảm Tức là to = max → ϕ =min

b/ Dung ẩm không khí d [kg/kg KK khô]:

Dung ẩm là đại lượng biểu thị lượng hơi nước trong khối không khí ẩm có trọng lượng phần khô là 1kg

Ví dụ: Nếu không khí ẩm có trọng lượng là 1,015kg mà trong đó lượng hơi nước là 0,015kg thì ta nói không khí ấy có dung ẩm d=0,015kg/kg KK khô

Từ công thức (a) và (b) ta có:

d =

V P

T R T R

V P G

G

k

k hn

hn k

hn = ×

d =

k

hn k

hn hn

k

P

P 461 , 3

153 , 2 P

P R

R

×

=

×

d = 0,622×

k

hn

P

P Từ đó ta có:

2 Khi đạt tới bão hòa không khí không còn khả năng nhận thêm hơi nước nữa Nếu cung cấp thêm hơi nước vào không khí thì hơi

d = bh

hn a

bh hn P P

P 622

,

0

ϕ

−

ϕ

× , [kg/kg KK khô]

c/ Trọng lượng đơn vị của không khí: γγγγa[kg/m3]:

Đó là trọng lượng của 1m3 không khí :

γa =

V

G G V

=

=













+

=













hn

k k hn

hn k

R

1 P R

1 T

1 V : T R

V P T R

V P

Thay Rk và Rhn vào ta có:

a 0,465.P 0,289.P

T

1

+

=

γ

[0,465(Pk Phn) 0,176.Phn]

T

1

− +

=

[0,465.Pa 0,176.Phn]

T

1

−

=

hn

a 0 , 176 P P

465 , 0 T

1

ϕ

−

=

Suy ra γa phụ thuộc vào áp suất khí quyển, vào nhiệt độ không khí, và độ ẩm tương đối của không khí Để thuận tiện, giá trị γa được lập thành bảng hoặc biểu đồ để tra

Từ công thức trên ta thấy: nếu không khí không chứa hơi nước ta có:

γk = a 0 , 465 Pkq

T

1 P 465 , 0 T

1

=

Suy ra: ở cùng nhiệt độ và áp suất thì γk > γa (tức là không khí khô nặng hơn không khí ẩm)

Ở nhiệt độ to = 0oC = 273oK và P = 760mmHg ta có:

γ0 =

273

1 0,465.760 = 1,293 , [kg/m3]

Ở nhiệt độ to C và P = 760mmHg ta có:

γt =

273 t

1 + 0,465.760

⇒

273

273 t

t

o +

=

γ

t 273

273 o t

+

γ

= γ

d/ Nhiệt hàm : I [Kcal/kg]

Nhiệt hàm (entanpi) của không khí là lượng nhiệt chứa trong khối không khí ẩm có trọng lượng phần khô là 1kg:

hn hn k k k

hn k

G I G I G

Q Q G

Q

⇒ I = Ik + Ihn d/1000 (đơn vị của d [g/kg])

Ik : nhiệt hàm của không khí khô, [kcal/kg KK khô]

Ihn : nhiệt hàm của hơi nước, [kcal/kg hơi nước]

Mà : Ik = Ck t

Ihn = r + Chn t

Ck : nhiệt dung riêng (tỉ nhiệt) của không khí khô: Ck = 0,24 3

Chn : nhiệt dung riêng (tỉ nhiệt) của hơi nước: Ck = 0,43

r : nhiệt hóa hơi của nước (là lượng nhiệt cần thiết để hóa hơi 1 kg nước ở 0oC bốc hơi hoàn toàn)

r = 597,4 [kcal/kg]

⇒ I = 0,24.t + (597,4 + 0,43.t) d/1000

II

IIIIII BIỂU ĐỒ I BIỂU ĐỒ I BIỂU ĐỒ I d CỦA KHÔNG KHÍ ẨM d CỦA KHÔNG KHÍ ẨM d CỦA KHÔNG KHÍ ẨM

Qua các công thức xác lập được ở trên ta thấy các thông số của không khí ẩm có mối quan hệ chặt chẽ với nhau Để đơn giản trong tính toán, việc xác định các thông số t, ϕ, I, d,

Phn người ta lập thành biểu đồ để tra Biểu đồ được lập dựa trên 2 trục chính là I và d nên còn gọi là biểu đồ I-d, do giáo sư Ramzin (Nga)4 thiết lập năm 1918 Dựa vào biểu đồ này, nếu biết trước 2 trong các thông số ta có thể tìm được các thông số còn lại

Biểu đồ được Ramzin xây dựng xuất phát từ 2 phương trình:

I = 0,24.t + (597,4 + 0,43.t).d/1000 , [kcal/kg]













ϕ

−

ϕ

=

















bh hn hn

kq

hn

P P

P 622 P

P

P

Nó được xây dựng với Pkq nhất định nào đó (760mmHg)

1/ CẤU TẠO CỦA BIỂU ĐỒ I-d:

- Cho 2 trục I và d hợp với nhau một góc 135o

- Đường ϕ =100% chia biểu đồ thành 2 vùng:

+ Vùng trên đặc trưng cho không khí chưa bão hòa hơi nước

3 Nhiệt dung riêng của không khí khô Ck và nhiệt dung riêng Chn trong vùng nhiệt độ đối với quá trình thông gió có thể coi như không đổi và được xác định như sau:

- Đối với hệ SI: C k =1,005 kJ/kg.K ; C hn =0,43kcal/kg o C

- Đối với hệ MCGSS : C k =0,24kcal/kg oC ; ; C hn =0,43kcal/kg o C

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

-2

-4

-6

-8

-10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

5

10

15

20

25

30

Hình 1: Biểu đồ I-d của không khí ẩm khi p=760mmHg

Created by Nguyen Dinh Huan

+ Vùng dưới là vùng sương mù, không khí nằm trong vùng này không ổn định, có xu hướng trở về trạng thái bão hòa giới hạn ϕ = 100%, hơi nước thừa trong không khí sẽ ngưng tụ thành nước

- Đường I = const là đường song song với trục d

- Đường d = const là đường song song với trục I

- Đường t = const là đường gần như song song với nhau (lên cao hơi chếch lên phía trên)

- Đường ϕ = const là các đường cong nằm trong vùng chưa bão hòa hơi nước (giữa trục I với đường ϕ = 100%) Trục I tương ứng với ϕ = 0%

- Đường Phn được xác định nhờì đường trung chuyển

2/ NHỮNG ĐIỂM ĐẶC BIỆT TRÊN BIỂU ĐỒ I-d

a/ Nhiệt độ điểm sương:

Đó là nhiệt độ để có được trạng thái bão hòa

với điều kiện dung ẩm d không thay đổi Có thể

hiểu một cách đơn giản, nhiệt độ điểm sương là quá

trình cho không khí ẩm tiếp xúc với bề mặt có nhiệt

độ thấp làm đọng nước từ không khí vào bề mặt đó

 Cách xác định:

Từ A kẻ đường thẳng d = const cắt đường ϕ = 100%

tại điểm S Đường t = const đi qua S là nhiệt độ

điểm sương của không khí A: t

S A

b/ Nhiệt độ điểm ướt:

Là nhiệt độ để có trạng thái bão hòa hơi

nước trong quá trình bay hơi đoạn nhiệt (I = const)

Có thể hiểu một cách đơn giản, nhiệt độ điểm ướt là

quá trình phun thêm nước vào không khí làm cho độ

ẩm của không khí đạt đến 100%

 Cách xác định:

Từ A kẻ đường thẳng I = const cắt đường ϕ

= 100% tại điểm Ư Đường t = const đi qua Ư là

nhiệt độ điểm ướt của không khí A: tU

A

A

S

tS

ϕ=100% I

d

ϕA

tA

Hình 2: Nhiệt độ điểm sương

Ư

tƯ

ϕ=100%

I

d

ϕA

Hình 3:Nhiệt độ điểm ướt

V, T

3/ CÁC ỨNG DỤNG CỦA BIỂU ĐỒ I-d ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ NHIỆT ẨM:

a/ Quá trình sấy nóng:

Đó là quá trình cho không khí tiếp xúc với

bề mặt có nhiệt độ cao, nhiệt độ không khí sẽ tăng

lên, còn lượng hơi nước trong khối không khí đó

vẫn giữ nguyên (d = const)

- Trước khi sấy: A (tA , ϕA)

- Sau khi sấy: B (tB , ϕB)

Kết quả: tB > tA

ϕB < ϕA

dB = dA

IB > IA Năng suất sấy:

QS = L.∆I = L.(IB - IA) , [kcal/h]

L : lưu lượng không khí cần sấy, [kg/h]

b/ Quá trình làm lạnh không khí:

Phương pháp khô (phương pháp gián tiếp):

Không khí tiếp xúc với bề mặt khô - lạnh

Nhiệt độ t giảm dần theo đường d = const Nếu chỉ

làm lạnh từ A đến B thì:

- Trước khi làm lạnh: A (tA , ϕA)

- Sau khi làm lạnh: B (tB , ϕB)

Kết quả: tB < tA

ϕB > ϕA

dB = dA

IB < IA Năng suất làm lạnh:

QS = L.∆I = L.(IA - IB) , [kcal/h]

L : lưu lượng không khí cần sấy, [kg/h]

Nếu tiếp tục làm lạnh → độ ẩm ϕ tăng dần đến ϕ = 100% (ứng với tS)

Trong trường hợp làm lạnh đến nhiệt độ thấp hơn tS thì không khí sẽ có trạng thái 3’, trạng thái này không bền, luôn có xu hướng trở về trạng thái 3, tương đương với quá trình đi từ

A → 3, là quá trình làm lạnh, làm khô không khí Lúc này có một lượng hơi nước đọng lại tách ra khỏi không khí, làm d giảm xuống:

Hình 5: Làm lạnh khô

A

B

tA

ϕ=100% I

d

tB

ϕA

ϕB

3'

Hình 4: Sấy nóng không khí

A

B

tA

ϕ=100% I

d

tB

ϕA

3 '

3 d d

Phương pháp ướt (phương pháp trực tiếp):

Cho không khí trao đổi nhiệt trực tiếp với nước

phun → nó vừa trao đổi nhiệt, vừa trao đổi chất

Tuỳ theo nhiệt độ nước phun vào không khí mà

có tia quá trình chuyển biến khác nhau Tia quá trình

là A - x Với tx < tA Trong thực tế x khó đạt đến độ ẩm

100%, lượng nước phun vào càng nhiều thì sẽ có hiện

tượng hạt nước rơi xuống mà không bay hơi hoàn toàn

vào không khí

Lượng nước thực tế bay hơi vào không khí:

A

d

c/ Quá trình hòa trộn không khí:

Có hai khối không khí có các thông số khác nhau, hòa trộn chúng với nhau để được trạng thái không khí hỗn hợp đảm bảo với yêu cầu mong muốn

 Mục đích: Quá trình hòa trộn nhằm tiết kiệm nhiệt về mùa đông và tiết kiệm năng suất lạnh về mùa hè Hay được sử dụng trong điều hoà không khí để tận dụng lại lượng nhiệt lạnh từ khối không khí tuần hoàn









→













































C C

B A C

B

B

B

A

A

A

d I

G G G C d

I

G

B

d

I

G

A

Ta có lượng nhiệt và lượng ẩm trước và sau khi hòa trộn không thay đổi Do đó ta có 2 phương trình cân bằng sau:

 Phương trình cân bằng nhiệt :

GA.IA + GB IB = (GA + GB).IC

GA.(IA - IC) = GB.(IC - IB)

G

G I I

I I

A

B B C

C A

=

=

−

−

 Phương trình cân bằng ẩm:

GA.dA + GB.dB = (GA + GB).dC

GA.(dA - dC) = GB.(dC - dB)

Hình 6: Làm lạnh khô

A

I

d

ϕA