Жылу техникасы

Ауданын  жақсы  пайдалану  мақсатында,  диаграмманы  қиғаш 
бұрышты  координат  жүйесі  түрінде  құрылған,  /=соп8І  сызық  -  45° 
бұрышпен  жүргізілген.  Бүған  координат  өсі  аралық  135°  бүрыш 
сәйкес  келеді.  Ыңғайлы  болу  үшін, 
<1
  шамасын,  ылғалсақтаушы 
өске,  координат  басынан  колденең  жүргізілген.  Сонымен 
<1
  =соп8І 
тік орналасады.
й/-диаграммасына,  түрақты  температура  (г=сопзІ)  сызығы 
түсірілген,  салыстырмалы  ылғалдығы 
( ср
 =соп8І)  жэне  есептеу 
кезінде  қолданылатын  кейбір  басқа  графикалық  байланыстар 
бейнеленген. 
■
 
'  ‘ 
;  5 
—і:?  '•
Диаграмма,  атмосфераның  орташа  қысымына  0,0991  МПа 
арналып  қүрылған.  Жеткілікті дәлдікпен,  практикада қолдану үшін, 
оны  пайдалану,  ауаның  атмосфералық  қысымының  барлық 
жағдайында қолданады.
Қыздыру  және  салцындату  (10.1,а  -   сур.).
  Атмосфералық
м
ауаның температурасы 
і\
  жэне 
(р
  салыстырмалы  ылғалдығы 
і2
 тем- 
пературасына  дейін  қыздырылады.  Себебі,  ауадағы  ылғалдың 
сақтандырылуы 
сі,
 өзгермейді, қыздыру процессі  1-2 тік тура сызық- 
пен  бейнеленген.  Одан  көрінгендей,  нүкте  2  салыстырмалы  ылгал- 
дығы 
(р
  дейін  кеміген.  Жылулықты  қыздыруға  кеткен,  меншікті 
шығыны 
і2-і\
  тең;  кері  процесс  (10.1,6  -   суреттегі  1-2  кесіндісі) 
сІ=
сопзі  сызығы  бойынша,  2  нүктеге  дейінгі  салқындату  шегінде 
өтеді.  2  нүктеге  жеткеннен  кейін  -   шық  нүктесі,  ылғалды  ауада 
сулы  бу  қаныққан 
(<р=
1)  болады.  Одан,  ары  қарай  салқындату 
кезінде,  оның  шықтануы  басталады  да,  ауадан  ылғал  бөлінеді  жэне 
сондықтан,  оның  ылғал  сақгауы 
сі
  (2-2  сызық)  кемиді.  Шықтанған 
санды  ылғал 
і2
  ден 
і2
  дейін  салқындату  кезіндегісін,  нүкте  2'-дегі 
бастапқы жэне соңғы  ылғал сақтау айырмашылығымен анықталады 
да, 
(<1\-сІ  г)
  құрады. 
(р=
1,0  кезіндегі  шықгану  процессінің  өтуін, 
шартты түрде қабы л дайды.
Араластыру.  Мейлі, 
т\
  ауа жағдайы, 
і\
  жэне 
<1\
  араласады, Шг- 
нің  ауа  жағдайымен 
і2
  жэне 
<12  (т\
  жэне 
т2
  құрғақ  ауаға  жатады) 
өтеді. 
іа
 жэне 
с1а
 араласқаннан кейінгі жағдайын анықтау керек. Сірә,
гп\
 + 
т2= та.
104

10.2-сурет. Араластыру.
Араластырылғаннан  кейінгі,  жалпы  санды  ылғалды,  мына
теңдеумен
бұдан
(ті + т2)<1л
 = 
т\й\
 + 
т2дг,
<4 
-
 (
т\(і\
 + 
т2(і2)/(т\ + т2)
және
т2/т\ = ((іа-(1\)Қ(і2-<1а).
 
(10.7)
Өйткені, жылулықты жеткізу болмайды, онда
т\і\
 + 
т2і2 = (т\ + т2) і.
сондыктан
іс= (тхі\
 + 
т2і2)/(т\ + т2)
және
т2/т\
 = 
(іл-іі)/(іт-іа).
 
(10.8)
Нүктедегі  араластыру  жағдайы  үшін /  тік  сызығы 
бастапқы
жалғастырушыға
теңдеуінщ
пропорционалды
бөлсе,  ш2:т і  және  бөліну  нүктесінен  тік  сызықпен,  1-2  көлденең 
сызықпен қнылысқан жерімен /нүктесін оп-оңай табады.
Ылгалды  ауамен  судың  булануы.
  Суды,  ыстық  ауамен
материал
ылғалын
і, г / п  к^реақ ауа
105

Сонымен, ылғал сақтауы артады,  құрғақ ауа саны өзгеріссіз қалады. 
Ең  қарапайым  жағдайда,  ылғалды  ауаның  тұрақты  қысым 
жағдайындағы судың булануы, сыртқы ортамен жылу алмасуы бол- 
майтын  болса  жэне  судың  бастапқы  энтальпиясы  (?о=0)  нөлге  тең 
болса,  онда  ылғалды  ауаның  меншікті  энтальпиясы,  ылғал  сақтау- 
ын, оның артуынан тұрақгылығын  (10.1,6 -  суреттегі  1-2" кесіндісі) 
сақтайды.  Бұдан  шығатыны,  судың  булануына  жұмсалатын  ауа 
жылулығы,  буланған  сумен  ауаға  қайтып  келеді.  Нүкте  2'  процесс 
үшін,  шекті  болады,  себебі,  оның  жалғасуы  ауада  болатын  будың 
шықтануына  байланысты  жэне  солай  болғандықтан,  құрғатылатын 
материалдарға 
ылғалдың 
қайтып 
келуі 
жүреді. 
Кептіру 
процессіндегі  -  
(д"-с!')
  г/кг  кұрғақ  ауадан,  буланған  ылғалдың
санды мөлшері.
Қаралған  қарапайым  жағдайды, 
адиабатты  булану
  деп 
атайды.
Буланатын  судың  Го>0  температурасы  кезіндегі,  ылғалды 
ауаның энтальпиясы, әрине, судың бастапқы энтальпиясына сәйкес, 
ауаға  қайтып  келетін,  көп  санды  молшерлі  жылулық  нэтижесінде,
тұрақты болуы сақгалмайды.
Бумен  немесе  сумен  ауаны  ылгалдандыру
.  Көп  практикалық
қажетгілігне қарай, ауа белгілі жағдайындағы температурада, ылғал
сақгауы,  ауаның  шықгануы  бойынша қажет болады.  Ысыту  немесе
салқындатудан  басқа,  ауаны,  сумен  немесе  бумен  тозаңдатып,
шашыратумен ылғалдандырады.
Ауаның  қанықпаған  жағдайында 
і\
  жэне 
<р\
  кезінде,  буды
немесе суды  бүрку арқылы жүргізеді.  Ол  кезде, Д/ меншікті энталь- 
пияның өзгеруі  жэне 
Ад
 ылғал  сақгауы,  өзара байланыстығы,  мына 
бағыныштылығымен табады:
Д 
і = іхксі,
мұндағы 
іх-
 будың немесе судың меншікті энтальпиясы.
іх=Аі/Ас1
  шамасын,  1-2  көлбеу  сызық 
ід.
  -   диаграммасымен
анықгайды  (10.2  сурет),  сол  бойынша  ылғалдану  процессі  жүреді. 
Егер, жеткізілген судың немесе будың санды мөлшері белгілі болса, 
онда  соңғы  жағдайын  графикалық түрде  есептеу  үшін,  бастапқы  1 
нүктеден 
( <Р\,  і\),
  1-2 көлбеу тік сызықгы тұрғызады да, 0 нүктеден
паралелльді  көлбеу  сызығын  жүргізеді,  сол 
іх=Аі/Ад
  шамасымен 
тұрғызылған.  Әртүрлі  көлбеулі  (пунктирлі),  осындай  сериялы
106

сызықтар 
іх
  деп  көрсетілген,  олар  диаграммада  келтірілген.  Ары 
қарай  нүктеден,  абсцисс  өсіне 
сі2 = <і\+АсІ
 сэйкес, тік сызықты  нүкте
2,  ізделетін  көлбеу  тік  сызықпен  қиылысқанша,  тік  түзу  сызық 
жүргізіледі.
Ылғалды  ауаның  тығыздығы,  массаның  1  м3 құрғақ  ауа  жэне 
сулы будан қүралады, яғни:
Ылғалды  ауаның  молекулярлы  массасын,  (1.17)  формула 
негізімен  анықгайды,  ондағы  көлемдік  үлесін 
г„
  (1.20)  формуласы 
бойынша  табады.  Егер,  (1.17)  формулаға 
Цс
  және  //5  шамаларын
қойып,  ал  гс  жэне  Гб шамаларын 
(р
  жэне 
Рн
 арқылы  белгілеп, есеп-
теу формуласын табамыз:
Ауа  температурасының 
і
  кезіндегісінің, 
Р„
  жэне 
V
  шамала- 
рының  су  буы  үшін,  кесте  бойынша  табады, 
(р
 -психометрінің
мэліметімен, В-барометр бойынша алады.
Табылған  формула  көрсеткендей,  қүрғақ  ауаға  қарағанда, 
ылғалды  ауаның  салыстырмалы  молекулярлы  массасы  кем,  яғни 
ылғалды ауа қүрғақ ауаға карағанда жеңіл.
Ылгал  сақтау.
  Кептіру  процессінде,  ауа  ылғалдығы  толассыз 
үлғаяды,  ал  булы  ауа қоспасындағы,  қүрғақ ауаның санды  мөлшері 
түрақты  болып  қалады,  онда,  қүрғату  процессі  туралы  талдауды,  1 
кг  қүрғақ  ауадағы  сулы  будың  санды  өзгеруі  ретінде  жэне  булы- 
ауалы  қоспаның,  барлық  көрсеткіпггері  (жылу  сыйымдылығы, 
ылғал  сақтауы,  энтальпия  жэне  т.б)  ылғалды  ауада  болатын,  1  кг 
қүрғак ауаға жатқызады.  Мысалы,  егер  1  кг құрғақ ауаға х  кг сулы 
бу келетін болса, онда қоспаның жалпы массасы  1  кг қүрғақ ауаның 
ылғалды ауада болуы (1+х) кг қүрайды.
Ылғалды  ауаның  ылғал  сақтауы,  бу  массасының  қүрғақ  ауа 
массасына  қатынасы  болып  саналады  да,  булы-ауалы  қоспаны
Рс 
Ф
р — Рс + Рб —------ 1----
КСТ  V"
(10.9)
ц = 2 8 ,9 5 -1 0 ,9 3 4 ©  —
В
(
10
.
10
)
сақгаитыны, яғнн:
<і = МбІМс
( 10.11)
немесе
(IШ те)тс,
(10.11)
107

мұндағы  Мб,  А/с -   ылғалды  ауадағы  бу  массасы  мен  құрғақ  ауаның 
массасына  сәйкес;  т б,  т с  -   будың  массалы  үлесі  және  ылғалды 
ауадағы қүрғақ ауа үлесі.
Ылғал  сақтауды,  (1.22)  теңдеуін  қолдана  отырып  анықтауға
болады:
щ = г
іЦі/ц,  яғни  т б = ГбЦб/р  жэне  гсрс=и
онда (10.11) теңдеу бойынша
т с
 
|Исгс 
28,95-Рс 
немесе 
4 = 0,622%- =
 0,622 
Р*
Р 
В Р
г с 
°  
с
жэне ақырғы
<1 = 0,622 <рРкІВ-(рРк.
 
(10.12)
Сонымен,  ылғал  сақгау 
й
  тұрақты  барометрлік  қысым  В 
кезіндегісін, 
будың  парциалды  қысымымен 
Р6=<рРк
  толык
анықтайды  жэне  ауаның  температурасына  байланысты  болмайды. 
Ауадағы максималды мүмкінді ылғал мөлшері 
<р=
1  кезіндегі, яғни:
= 
<ІН
 
=0,622
Рк/В-Рк
. 
(10.12)
Себебі,  температураның  артуымен  қанығу  қысымы  өседі, 
онда,  ауа  қүрамында  болатын  максималды  ылғалдың  санды 
молшері,  оның  температурасына  байланысты,  коп  болған  сайын 
жоғары болады. Қатынасы:
<И<1К= (р (В-Р^ҚВ- (р Р*)= у / .
Оны ылгалды ауаның қаныгу дәрежесі деп атайды;  (р
  кезінде 
1-ге жақын, 
Ц/
  жэне 
(р
  шамасымен бірдей.
Егер,  (10.12)  жэне  (10.12')  теңдеуімен 
Р6
  жэне 
Рк
  шешіп 
табамыз: 
1  ' 
^
:
' Г ’' 4 
^  
"
Рк =ВШ(0,622
 + 
(I),
 
(10.13)
Рк =В<1Л0,622
 + 
<1Х
 
(10.13)
онда
(р  = Рб/Рк = (1(0,622
 + й?қ)/^к(0,622 +
1і
)
\1/ 0,622 + <1КЮ,622 + а .
 
(10.14)
108

Ылғалды  ауаның  газ тұрақтылығын /?,  мына теңдеумен  анық- 
тауға болады:
= 83Г4 = _____ 8314______  
(10.15)
М
 
28,95-10,9344—
В
Ылғалды  ауаның  көлемін,  м3/кг,  ылғалды  ауа  көлемінің  кг 
құрғақ ауаға келуін, оның массасына бөліп, анықтауға болады, яғни 
(1 +Ки.а 
= КТ/В.
 
(10.16)
Ылғалды  ауаның  меншікті  көлемі,  м3/кг,  ылғалды  ауа 
көлемінің  кг құрғақ ауаға келуін,  оның массасына бөліп,  анықгауға 
болады, яғни (1+*/) кг:
и=Кш.а/(1+<0. 
(10.17)
Булы-ауалы  қоспаның,  меншікті  массалы  жылу  сыйымды- 
лығы,  1  кг құрғақ ауаға жатуын, (1.34) теңдеу бойынша есептейді:
І—
П
Сқоеп = 
т ( с , , немесе 
Скосп
 = Сс + 
сіС6.
 
(10.18)
І=1
Тұрақгы  қысым  жэне  азғантай  аралық  температура  (100°С 
дейінгі)  кезіндегі,  құрғақ  ауаның  жылу  сыйымдылығы  үшін,  жуық 
есептеулеріне  түрақты  деп  есептеуге  болады  да,  оны  1,00048 
кДж/(кгК) деп алады. Атмосфералық қысымдағы жэне төменгі дәре- 
жедегі  қыздыру  кезіндегі  қыздырылған  будың  орташа  изобарлы 
сыйымдылығы  үшін,  тұрақты  деп  жэне  1,96  кДж/(кгК)  тең  деп, 
қабылдануы мүмкін.
Энтальпия  1
  -  ылғалды  ауаның бірден  бір,  оның  негізгі  көр- 
сеткіші жэне жылулықгы анықгау үшін, көбінесе кептіруші қондыр- 
ғылардағы  кептірілетін  материалдардың,  ылғалын  буландыруға 
жүмсалуын  есептеу  кезінде,  кеңінен  қолданады.  Ылғалды  ауа 
энтальпиясына жататыны -1  кг құрғақ ауа жэне сулы будың энталь- 
пиясының қосындысымен анықгайды, яғни:
/  = /а + 
<ііб.
 
(10.19)
Қоспаның  энтальпиясын  есептеу  кезінде,  эр  бір  компонент- 
терінің энтальпиясының бастапқы нүктедегі есепке алынуы, бэрінде 
болуы тиіс. Ылғалды ауаны есептеу үшін, судың энтальпиясы нөлге 
тең кезіндегісін  0°С аламыз, онда құрғақ ауаның энтальпиясын, дэл 
сондай 0°С деп есептейміз, яғни:
109

Ылғалды  ауа  құрамындағы  қызған  жағдайдағы  сулы  будың 
энтальпиясын, мына теңдікпен шешеді:
іс = 
Ссі
 =  1,0048/.
мұндағы,  Ср.су=4,19  кДж/(кгК);  Срб=1,96  кДж/(кгК);  г-бу  пайда 
болудағы меншікті жылулық;  /к үшін, 0 ден  100°С дейінгі жергілікті 
дэлдік дәрежесін  г=2500  -  2,23гк деп,  қабылдауға  болады  (қосымша 
2қара), онда: 
ыСһг+і)
% = 4,19гк 
+ 2500 -  2,23/к + 
1,96/ -  1,96/к
немесе
щ
 = 2500 +  1,96/.
(10.19) формуладағы іс жэне іб мәндерін қойып, табамыз:
I
 =  1,0048/ + (2500 + 1,96/)(10.20)
Ылгалды  ауадагы  жылу-массаалмасу.
  Бұрын  айтылғандай, 
ылгалды  ауа  деп,  қургақ  ауа  мен  сулы  будың  қоспасын  айтады; 
нақгылы  атмосфералық  ауа,  кейбір  санды  мөлшерде  ылғалы  бар, 
яғни ылғалды болады. Сондықган эрбір кеуекті материалдар -  ағаш, 
кірпіш,  текстиль  жэне т.б -  ауамен  бірге  ылғал ұстайды,  олардағы, 
ылғал мөлшерін кептіру процессі кезінде, реттеуге болады.
Ауа  қүрамындағы  сулы  бу,  әдетте,  сиретілген  жағдайда 
болады  жэне  идеалды  газдардың  заңына  бағынады,  сондықган  осы 
заңды  ылғалды  ауаға  қолдануға болады.  Будың жағдайын  -  қызды- 
рылған  немесе  қаныққанын  -   ылғалды  ауаның  жалпы  қысымы 
Р 
жэне  қүрғақ  ауаның  қысымына 
Рл
  байланысты,  оның  парциалды 
қысымының 
Р„
  шамаларымен анықгайды:
Рп = Р - Р а.
 
(10.21)
Ауаның,  сулы-булы  максималды 
қурамын  қаныққан
  деп, 
атайды.  1  м3  ылғалды  ауа  қүрамындағы  сулы  будың  массасының 
абсолютты ылғалдығын рп (г/м3), деп, ал  1  кг қүрғақ ауаның қатына- 
сын — 
ылгал сақтауы й (г/кг) деп атайды.
Ауаның  салыстырмалы  ылғалдығы 
<р
  деп,  сол  температура
кезіндегі,  нақты  абсолютты  ылғалдығына 
Р„,
  қаныққан  ауаның 
абсолютты р" ылғалдығының қатынасына тең екендігін айтады:
<р  =
 Рп/Р"= 
р п/ р,=
 (рп/р")100%. 
(10.22)
110

ср
  есептеу  үшін,  арнаулы  аспаптармен  (гигрометрмен  немесе
психометрмен),  будың  парциалды  қысымын  рп  анықтау  керек  және 
анықтамалық  кесте  бойынша,  ауа  температурасы 
і
  кезіндегі, 
қаныққан  қысымды 
Р%
 табамыз.  Онда,  кесте бойынша, сол темпера- 
турадағы р" және р
п = (р
  р" анықтайды.
Егер, 
ылгалды  ауаны  салқындатсақ,  онда,  оның  салыстыр- 
малы  ылгалдыгы артады.  Берілген парциалды қысым кезіндегі,  ауа- 
дагы  будың  ( <р=100%)  қаныққан жагдайындагы  температурасын,
шық  түру  нуктесі деп  атайды;
  оны  гигрометрмен  немесе  психо- 
метрмен  анықтайды.  Ауаны  салқындату,  шық  түсу  нүктесінен 
төмен  болған  кезінде  сулы  бу  шықтанады  да, 
табиги  жагдайда 
туманды қурады.
Технолог иялық процесстердің есептеулерін, ылғал сақтағыш сі 
бойынша  жүргізеді,  солай  болғандықтан,  жылу-массаалмасуда 
қүрғақ ауадағы  мөлшері  тұрақгы  болады.  Ылғал  сақтау деп,  будың 
массалы  үлесінің  және  ауаның 
т„
  және 
тс
  қатынастарын,  олардың 
көлемдік  үлестерін 
рплп 
және  рсгс  молекулярлы  массасының  көбей- 
тіндісімен алмастыруға болады:
<1
 = 
т^тс
 = цпГд/|£сГс  18,016рп/28,95рс =
= 0,622 
р Л р -
 рп)[кг/кг]. 
(10.23)
Ылғалды  ауаның  энтальпиясы,  1  кг  құрғақ  ауа  энтальпиясы- 
ның және 
<1
 кг будың қосындысына тең:
і
 = іс + 
ёц.
 
(10.24)
Будың энтальпиясын анықтамалық кестеден анықтайды.
Практикалық  жұмыстарды  есептеуде,  профессор  Л.К.Рамзин- 
ның  (10.3  сурет)  ұсынған  ылғалды  ауаға  арналған  /-ч/  диаграмма- 
сын қоддану өте ыңғайлы.
Мысалы,  бұл  диаграммадағы,  кептіру  процессі  былай 
бейнеленеді.  Атмосфералық  ауа  салыстырмалы  ылғалдықпен 
(р \
жэне 
і\
  температурамен  (нүкте 
А)
  калориферге  кіреді,  онда  ол, 
<2 
температурасына  (нүкте 
В)
  дейін  қыздырылады,  осының  салдары- 
нан,  салыстырмалы  ылғалдығы 
<р2
  дейін  төмендейді;  калорифер-
дегі  процесс  (А-В)
  кезінде  өтеді.  Ординаталар  айырмашы- 
лығы  /д