Микроклимат в камере выращивания вешенки. Диаграмма молье Определение точки росы d диаграмме

В советское время в учебниках по вентиляции и кондиционированию, а также в среде инженеров-проектировщиков и наладчиков i–d-диаграмма обычно именовалась как «диаграмма Рамзина» - в честь Леонида Константиновича Рамзина, крупного советского учёноготеплотехника, научно-техническая деятельность которого была многогранна и охватывала широкий круг научных вопросов теплотехники. В то же время в большинстве западных стран она всегда носила название «диаграмма Молье»…

i-d- диаграмма как совершенный инструмент

27 июня 2018 года исполняется 70 лет со дня смерти Леонида Константиновича Рамзина, крупного советского учёного теплотехника, научно-техническая деятельность которого была многогранна и охватывала широкий круг научных вопросов теплотехники: теории проектирования теплосиловых и электрических станций, аэродинамического и гидродинамического расчёта котельных установок, горения и излучения топлива в топках, теории сушильного процесса, а также решение многих практических проблем, например, эффективное использование подмосковного угля в качестве топлива. До опытов Рамзина данный уголь считался неудобным для использования.

Одна из многочисленных работ Рамзина была посвящена вопросу смешивания сухого воздуха и водяного пара. Аналитический расчёт взаимодействия сухого воздуха и водяного пара представляет собой довольно сложную математическую задачу. Но существует i-d- диаграмма. Её применение упрощает расчёт так же, как i-s- диаграмма снижает трудоёмкость расчёта паровых турбин и других паровых машин.

Сегодня работу проектировщика или инженера-наладчика по кондиционированию воздуха трудно представить без использования i-d- диаграммы. С её помощью можно графически представить и рассчитать процессы обработки воздуха, определить мощность холодильных установок, детально проанализировать процесс сушки материалов, определить состояние влажного воздуха на каждой стадии его обработки. Диаграмма позволяет быстро и наглядно рассчитать воздухообмен помещения, определить потребность кондиционеров в холоде или теплоте, измерить расход конденсата при работе воздухоохладителя, высчитать потребный расход воды при адиабатном охлаждении, определить температуру точки росы или температуру мокрого термометра.

В советское время в учебниках по вентиляции и кондиционированию, а также в среде инженеров-проектировщиков и наладчиков i-d- диаграмма обычно именовалась как «диаграмма Рамзина». В то же время в ряде западных стран — Германии, Швеции, Финляндии и многих других — она всегда носила название «диаграмма Молье». С течением времени технические возможности i-d- диаграммы постоянно расширялись и совершенствовались. Сегодня благодаря ей производятся расчёты состояний влажного воздуха в условиях переменного давления, перенасыщенного влагой воздуха, в области туманов, вблизи поверхности льда и т.д. .

Впервые сообщение о i-d- диаграмме появилось в 1923 году в одном из немецких журналов. Автором статьи был известный в Германии учёный Рихард Молье . Прошло несколько лет, и вдруг в 1927 году в журнале Всесоюзного теплотехнического института появилась статья директора института профессора Рамзина , в которой он, практически повторяя i-d- диаграмму из немецкого журнала и все приводимые там аналитические выкладки Молье, объявляет себя автором этой диаграммы. Рамзин объясняет это тем, что ещё в апреле 1918 года он в Москве на двух публичных лекциях в Политехническом обществе демонстрировал подобную диаграмму, которая в конце 1918 года была издана Тепловым комитетом Политехнического общества в литографированном виде. В таком виде, пишет Рамзин, диаграмма в 1920 году широко применялась им в МВТУ в качестве учебного пособия при чтении лекций.

Современным почитателям профессора Рамзина хотелось бы верить, что он был первым в разработке диаграммы, поэтому в 2012 году группа преподавателей кафедры теплогазоснабжения и вентиляции Московской государственной академии коммунального хозяйства и строительства попыталась в различных архивах отыскать документы, подтверждающие изложенные Рамзиным факты первенства . К сожалению, никаких проясняющих материалов за период 1918-1926 годов в доступным преподавателям архивам обнаружить не удалось.

Правда, следует отметить, что период творческой деятельности Рамзина пришёлся на трудное для страны время, и какие-то ротопринтные издания, а также черновики лекций по диаграмме могли быть потеряны, хотя остальные его научные разработки, даже рукописные, хорошо сохранились.

Никто из бывших студентов профессора Рамзина, кроме М. Ю. Лурье, также не оставил никаких сведений о диаграмме. Только инженер Лурье, как руководитель сушильной лаборатории Всесоюзного теплотехнического института, поддержал и дополнил своего начальника — профессора Рамзина — в статье, помещённой в одном и том же с ним журнале ВТИ за 1927 год .

При расчёте параметров влажного воздуха оба автора, Л. К. Рамзин и Рихард Молье, с достаточной степенью точности полагали, что к влажному воздуху можно применить законы идеальных газов. Тогда по закону Дальтона барометрическое давление влажного воздуха можно представить как сумму парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара. А решение системы уравнений Клайперона для сухого воздуха и водяного пара позволяет установить, что влагосодержание воздуха при данном барометрическом давлении зависит только от парциального давления водяного пара.

Диаграмма как Молье, так и Рамзина построена в косоугольной системе координат с углом 135° между осями энтальпии и влагосодержания и базируется на уравнении энтальпии влажного воздуха, отнесённой к 1 кг сухого воздуха: i = i c + i п d , где i c и i п — энтальпия сухого воздуха и водяного пара, соответственно, кДж/кг; d — влагосодержание воздуха, кг/кг.

Согласно данным Молье и Рамзина, относительная влажность воздуха представляет собой отношение массы водяного пара в 1 м³ влажного воздуха к максимально возможной массе водяного пара в том же объёме этого воздуха при той же самой температуре. Или же, приближённо, относительную влажность можно представить как отношение парциального давления пара в воздухе в ненасыщенном состоянии к парциальному давлению пара в том же воздухе в насыщенном состоянии.

На основании приведённых выше теоретических предпосылок в системе косоугольных координат и была составлена i-d-диаграмма для определённого барометрического давления.

По оси ординат отложены значения энтальпии, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к ординате, — значения влагосодержание сухого воздуха, а также нанесены линии температуры, влагосодержания, энтальпии, относительной влажности, дана шкала парциального давления водяного пара.

Как указывалось выше, i-d -диаграмма была составлена для определённого барометрического давления влажного воздуха. Если же барометрическое давление меняется, то на диаграмме линии влагосодержания и изотерм сохраняются на своих местах, но значения линий относительной влажности меняются пропорционально барометрическому давлению. Так, например, если барометрическое давление воздуха уменьшится в два раза, то на i-d-диаграмме на линии относительной влажности 100 % следует написать влажность 50 %.

Биография Рихарда Молье подтверждает, что i-d -диаграмма была не первой составленной им расчётной диаграммой. Он родился 30 ноября 1863 года в итальянском городе Триесте, который входил в многонациональную Австрийскую империю, управляемую Габсбургской монархией. Его отец, Эдуард Молье, сначала был судовым инженером, потом стал директором и совладельцем местной машиностроительной фабрики. Мать, урождённая фон Дик, происходила родом из аристократической семьи из города Мюнхена.

Окончив в 1882 году в Триесте с отличием гимназию, Рихард Молье начал учиться сначала в университете в городе Грац, а потом перевёлся в Мюнхенский технический университет, где много внимания уделял математике и физике. Любимыми его преподавателями были профессоры Морис Шрётер и Карл фон Линде. После успешного завершения учёбы в университете и короткой инженерной практики на предприятии своего отца Рихард Молье в 1890 году в Мюнхенском университете был зачислен ассистентом Мориса Шрётера. Его первая научная работа в 1892 году под руководством Мориса Шрётера была связана с построением тепловых диаграмм для курса теории машин. Через три года Молье защитил докторскую диссертацию, посвящённую вопросам энтропии пара.

С самого начала интересы Рихарда Молье были сосредоточены на свойствах термодинамических систем и возможности достоверного представления теоретических разработок в виде графиков и диаграмм. Многие коллеги считали его чистым теоретиком, поскольку вместо проведения собственных экспериментов он опирался в своих исследованиях на эмпирические данные других. Но на самом деле он был неким «связующим звеном» между теоретиками (Рудольф Клаузиус, Дж. У. Гиббс и др.) и практическими инженерами. В 1873 году Гиббс в качестве альтернативы аналитическим расчётам предложил t-s -диаграмму, на которой цикл Карно превращался в простой прямоугольник, благодаря чему появилась возможность легко оценивать степень аппроксимации реальных термодинамических процессов по отношению к идеальным. Для этой же диаграммы в 1902 году Молье предложил использовать понятие «энтальпии» — некой функции состояния, которая в то время была ещё малоизвестна. Термин «энтальпия» был ранее по предложению голландского физика и химика Хейке Камерлинга-Оннеса (лауреата Нобелевской премии по физике 1913 года) впервые введён в практику тепловых расчётов Гиббсом. Подобно «энтропии» (этот термин был предложен в 1865 году Клаузиусом), энтальпия является абстрактным свойством, которое не может быть непосредственно измерено.

Большое достоинство этого понятия заключается в том, что оно позволяет описывать изменение энергии термодинамической среды без учёта различия между теплотой и работой. Используя эту функцию состояния, Молье предложил в 1904 году диаграмму, отражающую взаимосвязь энтальпии и энтропии. В нашей стране она известна как i-s- диаграмма. Эта диаграмма, сохраняя большинство достоинств t-s -диаграммы, даёт некоторые дополнительные возможности, позволяет удивительно просто иллюстрировать сущность как первого, так и второго законов термодинамики. Вкладывая усилия в широкомасштабную реорганизацию термодинамической практики, Рихард Молье разработал целую систему термодинамических расчётов, основанных на использовании понятия энтальпии. В качестве базы для этих расчётов он использовал различные графики и диаграммы свойств пара и ряда хладагентов.

В 1905 году немецкий исследователь Мюллер для наглядного изучения процессов обработки влажного воздуха построил диаграмму в прямоугольной системе координат из температуры и энтальпии. Рихард Молье в 1923 году усовершенствовал эту диаграмму, сделав её косоугольной с осями энтальпии и влагосодержания. В таком виде диаграмма практически и дожила до наших дней. За свою жизнь Молье опубликовал результаты ряда важных исследований по вопросам термодинамики, воспитал целую плеяду выдающихся учёных. Его ученики, такие как Вильгельм Нуссельт, Рудольф Планк и другие, сделали ряд фундаментальных открытий в области термодинамики. Умер Рихард Молье в 1935 году.

Л. К. Рамзин был на 24 года моложе Молье. Биография его интересна и трагична. Она тесно связана с политической и экономической историей нашей страны. Он родился 14 октября 1887 года в селе Сосновка Тамбовской области. Его родители, Прасковья Ивановна и Константин Филиппович, были учителями земской школы. Окончив Тамбовскую гимназию с золотой медалью, Рамзин поступил в Высшее Императорское техническое училище (позже МВТУ, сейчас МГТУ). Ещё будучи студентом, он принимает участие в научных работах под руководством профессора В. И. Гриневецкого. В 1914 году он, с отличием завершив учёбу и получив диплом инженера-механика, был оставлен в училище для научной и преподавательской работы. Не прошло и пяти лет, как имя Л. К. Рамзина стало упоминаться в одном ряду с такими известными российскими учёными-теплотехниками, как В. И. Гриневецкий и К. В. Кирш.

В 1920 году Рамзин избирается профессором МВТУ, где заведует кафедрами «Топливо, топки и котельные установки» и «Тепловые станции». В 1921 году он становится членом Госплана страны и привлекается к работе над планом ГОЭРЛО, где вклад его был исключительно весом. Одновременно Рамзин является активным организатором создания Теплотехнического института (ВТИ), директором которого был с 1921 по 1930 годы, а также его научным руководителем с 1944 по 1948 годы. В 1927 году он назначается членом Всесоюзного совета народного хозяйства (ВСНХ), масштабно занимается вопросами теплоснабжения и электрификации всей страны, выезжает в важные зарубежные командировки: в Англию, Бельгию, Германию, Чехословакию, США.

Но ситуация в конце 1920-х годов в стране накаляется. После смерти Ленина резко обостряется борьба за власть между Сталиным и Троцким. Враждующие стороны углубляются в дебри антагонистических споров, заклиная друг друга именем Ленина. Троцкий, как народный комиссар обороны, имеет на своей стороне армию, его поддерживают профсоюзы во главе с их лидером М. П. Томским, который выступает против сталинского плана подчинения профсоюзов партии, защищая автономию профсоюзного движения. На стороне Троцкого практически вся российская интеллигенция, которая недовольна хозяйственными неудачами и разрухой в стране победившего большевизма.

Ситуация благоприятствует планам Льва Троцкого: в руководстве страной наметились разногласия между Сталиным, Зиновьевым и Каменевым, умирает главный враг Троцкого — Дзержинский. Но Троцкий в это время не использует свои преимущества. Противники, пользуясь его нерешительностью, в 1925 году снимают его с поста народного комиссара обороны, лишая контроля над Красной армией. Через некоторое время Томского освобождают от руководства профсоюзами.

Попытка Троцкого 7 ноября 1927 года, в день празднования десятилетия Октябрьской революции, вывести на улицы Москвы своих сторонников не удалась.

А положение в стране продолжает ухудшаться. Провалы и неудачи социальноэкономической политики в стране вынуждают партийное руководство СССР переложить вину за срывы темпов индустриализации и коллективизации на «вредителей» из числа «классовых врагов».

К концу 1920-х годов промышленное оборудование, оставшееся в стране ещё с царских времён, пережившее революцию, гражданскую войну и хозяйственную разруху, находилось в плачевном состоянии. Результатом этого стало увеличивающее в стране число аварий и катастроф: в угольной промышленности, на транспорте, в городском хозяйстве и других областях. А раз есть катастрофы, то должны быть и виновники. Выход был найден: во всех неприятностях, происходящих в стране, виновата техническая интеллигенция — вредители-инженеры. Те самые, которые всеми силами пытались этих неприятностей не допускать. Инженеров начали судить.

Первым было громкое «Шахтинское дело» 1928 года, затем последовали процессы по наркомату путей сообщения и золоторудной промышленности.

Наступила очередь «дела Промпартии» — крупного судебного процесса по сфабрикованным материалам по делу о вредительстве в 1925-1930 годах в промышленности и на транспорте, якобы задуманной и исполненной антисоветской подпольной организацией, известной под названиями «Союз инженерных организаций», «Совет Союза инженерных организаций», «Промышленная партия» .

По данным следствия, в состав центрального комитета «Промпартии» входили инженеры: П. И. Пальчинский, который был расстрелян по приговору коллегии ОГПУ по делу о вредительстве в золотоплатиновой промышленности, Л. Г. Рабинович, который был осуждён по «Шахтинскому делу», и С. А. Хренников, который умер во время следствия. После них главой «Промпартии» был объявлен профессор Л. К. Рамзин.

И вот в ноябре 1930 года в Москве, в Колонном зале Дома Союзов, специальное судебное присутствие Верховного Совета СССР под председательством прокурора А. Я. Вышинского начинает открытое слушание по делу контрреволюционной организации «Союза инженерных организаций» («Промышленная партия»), центр руководства и финансирования которой якобы находился в Париже и состоял из бывших российских капиталистов: Нобеля, Манташева, Третьякова, Рябушинского и других. Главным обвинителем на суде выступает Н. В. Крыленко.

На скамье подсудимых восемь человек: руководители отделов Госплана, крупнейших предприятий и учебных заведений, профессора академий и институтов, включая Рамзина. Обвинение утверждает, что «Промпартия» планировала госпереворот, что обвиняемые даже распределяли должности в будущем правительстве — например, на пост министра промышленности и торговли планировался миллионер Павел Рябушинский, с которым Рамзин, находясь в загранкомандировке в Париже, якобы вёл тайные переговоры. После публикации обвинительного заключения иностранные газеты сообщали, что Рябушинский умер ещё в 1924 году, задолго до возможного контакта с Рамзиным, но такие сообщения не смущали следствие.

Этот процесс отличался от множества других тем, что государственный обвинитель Крыленко играл здесь не самую главную роль, никаких документальных подтверждений он не мог представить, так как их не было в природе. Фактически, главным обвинителем стал сам Рамзин, который признался во всех предъявленных ему обвинениях, а также подтвердил участие всех обвиняемых в контрреволюционных действиях. Фактически, Рамзин явился автором обвинений своих товарищей.

Как показывают открытые архивы, Сталин внимательно следил за ходом судебного процесса. Вот что он пишет в середине октября 1930 году начальнику ОГПУ В. Р. Менжинскому: «Мои предложения: сделать одним из самых важных узловых пунктов в показаниях верхушки ТКП “Промпартия” и особенно Рамзина вопрос об интервенции и сроках интервенции… необходимо привлечь к делу других членов ЦК “Промпартии” и допросить их строжайше о том же, дав им прочесть показания Рамзина… ».

Все признания Рамзина были положены в основу обвинительного заключения. На суде все обвиняемые признались во всех преступлениях, которые им были предъявлены, вплоть до связи с французским премьером Пуанкаре. Глава французского правительства выступил со опровержением, которое даже было опубликовано в газете «Правда» и оглашено на процессе, но следствием это заявление было приобщено к делу как заявление известного противника коммунизма, доказывающее существование заговора. Пятерых обвиняемых, в том числе Рамзина, приговорили к расстрелу, затем заменённому на десять лет лагерей, остальных троих — к восьми годам лагерей . Все они были отправлены отбывать наказание, и все они, кроме Рамзина, погибли в лагерях. Рамзину же была предоставлена возможность вернуться в Москву и в заключении продолжить свою работу по расчёту и конструированию прямоточного котла большой мощности.

Для реализации этого проекта в Москве на базе Бутырской тюрьмы в районе нынешней Автозаводской улицы было создано «Особое конструкторское бюро прямоточного котлостроения» (одна из первых «шарашек»), где под руководством Рамзина с привлечением свободных специалистов из города велись конструкторские работы. Кстати, одним из привлекаемых к этой работе свободных инженеров был будущий профессор МИСИ имени В. В. Куйбышева М. М. Щёголев.

И вот 22 декабря 1933 года прямоточный котёл Рамзина, изготовленный на Невском машиностроительном заводе им. Ленина, производительностью 200 тонн пара в час, имеющий рабочее давление 130 атм и температуру 500 °C, был введён в эксплуатацию в Москве на ТЭЦ-ВТИ (ныне «ТЭЦ-9»). Несколько аналогичных котельных по проекту Рамзина было построено в других районах. В 1936 году Рамзина полностью освободили. Он стал заведовать вновь созданной кафедрой котлостроения в Московском энергетическом институте, а также был назначен научным руководителем ВТИ. Власть наградила Рамзина Сталинской премией первой степени, орденами Ленина и Трудового Красного Знамени. В то время такие награды очень высоко ценились.

ВАК СССР присудил Л. К. Рамзину учёную степень доктора технических наук без защиты диссертации.

Однако общественность не простила Рамзину его поведения на суде. Вокруг него возникла ледяная стена, многие коллеги не подавали ему руки. В 1944 году он по рекомендации отдела науки ЦК ВКП(б) был выдвинут в члены-корреспонденты АН СССР. На тайном голосовании в Академии он получил 24 голоса «против» и лишь один «за». Рамзин был полностью сломлен, морально уничтожен, жизнь для него закончилась. Умер он в 1948 году.

Сравнивая научные разработки и биографии этих двух учёных, работавших практически в одно время, можно предположить, что i-d- диаграмма для расчёта параметров влажного воздуха, скорее всего, была рождена на немецкой земле. Удивляет то, что профессор Рамзин стал претендовать на авторство i-d- диаграммы только через четыре года после появления статьи Рихарда Молье, хотя всегда внимательно следил за новой технической литературой, в том числе иностранной. В мае 1923 года на заседании Теплотехнической секции Политехнического общества при Всесоюзной ассоциации инженеров он даже выступал с научным докладом о своей поездке в Германию. Будучи в курсе работ немецких ученых, Рамзин, вероятно, хотел использовать их у себя на родине. Возможно, что у него были попытки параллельно вести аналогичные научно-практические работы в МВТУ в этой области. Но ни одной заявочной статьи по i-d -диаграмме в архивах пока не обнаружено. Сохранились черновики его лекций по теплосиловым станциям, по испытанию различных топливных материалов, по экономике конденсационных установок и т.д. И ни одной, даже черновой записи по i-d -диаграмме, написанной им до 1927 года, пока не найдено. Вот и приходится, несмотря на патриотические чувства, делать выводы, что автором i-d -диаграммы является именно Рихард Молье.

1. Нестеренко А.В., Основы термодинамических расчётов вентиляции и кондиционирования воздуха. - М.: Высшая школа, 1962.
2. Михайловский Г.А. Термодинамические расчёты процессов парогазовых смесей. - М.-Л.: Машгиз, 1962.
3. Воронин Г.И., Вербе М.И. Кондиционирование воздуха на летательных аппаратах. - М.: Машгиз, 1965.
4. Прохоров В.И. Системы кондиционирования воздуха с воздушными холодильными машинами. - М.: Стройиздат, 1980.
5. Mollier R. Ein neues. Diagramm fu?r Dampf-Luftgemische. Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure. 1923. No. 36.
6. Рамзин Л.К. Расчёт сушилок в i–d-диаграмме. - М.: Известия теплотехнического института, №1(24). 1927.
7. Гусев А.Ю., Елховский А.Е., Кузьмин М.С., Павлов Н.Н. Загадка i–d-диаграммы // АВОК, 2012. №6.
8. Лурье М.Ю. Способ построения i–d-диаграммы профессора Л. К. Рамзина и вспомогательные таблицы для влажного воздуха. - М.: Известия теплотехнического института, 1927. №1(24).
9. Удар по контрреволюции. Обвинительное заключение по делу контрреволюционной организации Союза инженерных организаций («Промышленная партия»). - М.-Л., 1930.
10. Процесс «Промпартии» (с 25.11.1930 по 07.12.1930). Стенограмма судебного процесса и материалы, приобщённые к делу. - М., 1931.

I-d диаграмма для начинающих (ID диаграмма состояния влажного воздуха для чайников) March 15th, 2013

Оригинал взят у mrcynognathus в I-d диаграмма для начинающих (ID диаграмма состояния влажного воздуха для чайников)

Доброго времени суток уважаемые начинающие коллеги!

В самом начале своего профессионального пути я наткнулся на данную диаграмму. При первом взгляде она может показаться страшноватой, но если разобраться в главных принципах, по которым она работает, то можно её и полюбить:D. В быту она называется и-д диаграмма.

В данной статье я попытаюсь просто(на пальцах) объяснить основные моменты, чтобы вы потом отталкиваясь от полученного фундамента самостоятельно углубились в данную паутину характеристик воздуха.

Примерно так она выглядит в учебниках. Как-то жутковато становится.


Я уберу все то лишнее, что не будет мне нужным для моего объяснения и представлю и-д диаграмму в таком виде:

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Все равно еще не совсем понятно, что это такое. Разберем её на 4 элемента:

Первый элемент - влагосодержание (D или d). Но прежде чем я начну разговор об влажности воздуха в целом, я бы хотел кое о чем с вами договориться.

Давайте договоримся “на берегу” сразу об одном понятии. Избавимся от одного прочно засевшего в нас (по крайней мере, в меня) стереотипа о том, что такое пар. С самого детства мне показывали на кипящую кастрюлю или чайник и говорили, тыкая пальцем на валящий из сосуда “дым”: “ Смотри! Вот это пар”. Но как многие, дружащие с физикой люди, мы должны понимать, что “Водяной пар — газообразное состояние воды . Не имеет цвета , вкуса и запаха”. Это всего лишь, молекулы H2O в газообразном состоянии, которых не видно. А то что мы видим, валящее из чайника - это смесь воды в газообразном состоянии(пар) и “капелек воды в пограничном состоянии между жидкостью и газом”, вернее видим мы последнее. В итоге мы получаем, что в данный момент, вокруг каждого из нас находится сухой воздух (смесь кислорода, азота…) и пар (H2O).

Так вот, влагосодержание говорит нам о том, сколько этого пара присутствует в воздухе. На большинстве и-д диаграмм данная величина измеряется в [г/кг], т.е. сколько грамм пара(H2O в газообразном состоянии) находится в одном килограмме воздуха (1 кубический метр воздуха в вашей квартире весит около 1,2 килограмма). В вашей квартире для комфортных условий в 1 килограмме воздуха должно быть 7-8 грамм пара.

На и-д диаграмме влагосодержание изображается вертикальными линиями, а информация о градации расположена в нижней части диаграммы:

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Второй важный для понимания элемент - температура воздуха (T или t). Думаю здесь ничего объяснять не нужно. На большинстве и-д диаграмм данная величина измеряется в градусах Цельсия [°C]. На и-д диаграмме температура изображается наклонными линиями, а информация о градации расположена в левой части диаграммы:

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Третий элемент ИД-диаграммы - относительная влажность (φ ). Относительная влажность, это как раз та влажность, о которой мы слышим из телевизоров и радио, когда слушаем прогноз погоды. Измеряется она в процентах [%].

Возникает резонный вопрос: “Чем отличается относительная влажность от влагосодержания?” На данный вопрос я отвечу поэтапно:

Первый этап:

Воздух способен вмещать в себя определенное количество пара. У воздуха есть определенная “паровая грузоподъемность”. Например, в вашей комнате килограмм воздуха может “взять на свой борт” не больше 15 грамм пара.

Предположим, что в вашей комнате комфортно, и в каждом килограмме воздуха, находящегося в вашей комнате, имеется по 8 грамм пара, а вместить каждый килограмм воздуха в себя может по 15 грамм пара. В итоге мы получаем, что в воздухе находится 53,3% пара от максимально возможного, т.е. относительная влажность воздуха - 53,3%.

Второй этап:

Вместимость воздуха различна при разных температурах. Чем выше температура воздуха, тем больше пара он может в себя вместить, чем ниже температура, тем меньше вместимость.

Предположим, что мы нагрели воздух в вашей комнате обычным нагревателем с +20 градусов до +30 градусов, но при этом количество пара в каждом килограмме воздуха осталось прежним - по 8 грамм. При +30 градусах воздух может “взять себе на борт” до 27 грамм пара, в итоге в нашем нагретом воздухе - 29,6% пара от максимально возможного, т.е. относительная влажность воздуха - 29,6%.

Тоже самое и с охлаждением. Если мы охладим воздух до +11 градусов, то мы получим “грузоподъемность” равную 8,2 грамм пара на килограмм воздуха и относительную влажность равную 97,6%.

Заметим, что влаги в воздухе было одинаковое количество - 8 грамм, а относительная влажность прыгала от 29,6% до 97,6%. Происходило это из-за скачков температуры.

Когда вы зимой слышите о погоде по радио, где говорят, что на улице минус 20 градусов и влажность 80%, то это значит, что в воздухе около 0,3 граммов пара. Попадая к вам в квартиру этот воздух нагревается до +20 и относительная влажность такого воздуха становится равна 2%, а это очень сухой воздух (на самом деле в квартире зимой влажность держится на уровне 20-30% благодаря выделениям влаги из сан-узлов и от людей, но что тоже ниже параметров комфорта).

Третий этап:

Что произойдет, если мы опустим температуру до такого уровня, когда “грузоподъемность” воздуха будет ниже, чем количество пара в воздухе? Например, до +5 градусов, где вместимость воздуха равна 5,5 грамм/килограмм. Та часть газообразного H2O, которая не умещается в “кузов” (у нас это 2,5 грамм), начнет превращаться в жидкость, т.е. в воду. В быту особенно хорошо виден этот процесс, когда запотевают окна в связи с тем, что температура стекол ниже, чем средняя температура в комнате, на столько что влаге становится мало места в воздухе и пар, превращаясь в жидкость, оседает на стеклах.

Дальше все просто! Пользоваться диаграммой легко! Возьмем, например, вашу комфортную комнату, в которой температура +20°С, и относительная влажность 50%. Находим пересечение этих двух линий (температуры и влажности) и смотрим сколько грамм пара в нашем воздухе.

Нагреваем воздух до +30°С - линия идет вверх, т.к. влаги в воздухе остается столько же, а увеличивается только температура, ставим точку, смотрим какая получается относительная влажность - получилось 27,5%.

Другие процессы, которые можно выполнять с воздухом с помощью различных приборов (осушение, охлаждение, увлажнение, нагрев…) можно найти в учебниках.

Помимо точки росы - еще одной важной точкой является “температура мокрого термометра”. Данная температура активно используется в расчете градирен. Грубо говоря, это та точка, до которой может упасть температура предмета, если мы этот предмет обернем в мокрую тряпку и интенсивно начнем на него “дуть”, например, с помощью вентилятора. По этому принципу работает система терморегуляции человека.

Луч процесса(угловой коэффициент, тепловлажностное отношение, ε ) строится для того чтобы определить изменение воздуха от одновременного выделения неким источником(-ами) тепла и влаги. Обычно этим источником является человек. Очевидная вещь, но понимание процессов и-д диаграммы поможет обнаружить возможную арифметическую ошибку, если таковая случилась. Например, если вы наносите луч на диаграмму и при обычных условиях и наличии людей у вас уменьшается влагосодержание или температура, то здесь стоит задуматься и проверить расчеты.

В данной статье многое упрощено для лучшего понимания диаграммы на начальной стадии её изучения. Более точную, более подробную и более научную информацию необходимо искать в учебной литературе.

Для многих грибников знакомы выражения «точка росы» и «поймать конденсат на примордиях».

Давайте разберем природу этого явления и как его избежать.

Из школьного курса физики и собственного опыта все знают, что когда на улице довольно резко холодает, то возможно образование тумана и выпадение росы. И когда речь заходит о конденсате, большинство представляет себе это явление так: раз достигнута точка росы, то с примордий струйками будет стекать вода от конденсата или на растущих грибах будут видны капли (именно с каплями ассоциируется слово «роса»). Однако, в большинстве случаев, конденсат образуется в виде тонкой, практически не видимой водяной пленки, которая очень быстро испаряется и не ощущается даже на ощупь. Поэтому многие недоумевают: в чем же опасность этого явления, если его даже не видно?

Таких опасностей две:

1. так как оно происходит практически незаметно для глаза, невозможно оценить, сколько раз за день растущие примордии покрывались такой пленкой, и какой ущерб она им нанесла.

Именно из-за этой «незаметности» многие грибники не придают значения самому явлению выпадения конденсата, не понимают важности его последствий для формирования качества грибов и их урожайности.

1. Водяная пленка, которая полностью покрывает поверхность примордий и молодых грибов, не дает испаряться влаге, которая скапливается в клетках поверхностного слоя грибной шляпки. Конденсат возникает из-за скачков температуры в камере выращивания (подробности – ниже). Когда температура выравнивается, тонкий слой конденсата с поверхности шляпки испаряется и только затем начинает испаряться влага из тела самой вешенки. Если вода в клетках грибной шляпки застаивается достаточно долго, то клетки начинают отмирать. Длительное (или кратковременное, но периодическое) воздействие водяной пленки настолько тормозит испарение собственной влаги грибных тел, что примордии и молодые грибы размером до 1 см в диаметре погибают.

Когда примордии становятся желтыми, мягкими как вата, с них течет при надавливании, то грибники обычно списывают всё на «бактериоз» или «плохой мицелий». Но, как правило, такая гибель связана с развитием вторичных инфекций (бактериальных или грибковых), которые развиваются на примордиях и грибах, погибших от последствий воздействия конденсата.

Откуда же возникает конденсат, и какими должны быть колебания температуры, чтобы наступила точка росы?

Для ответа обратимся к диаграмме Молье. Она была придумана для решения задач графическим способом, вместо громоздких формул.

Мы рассмотрим самую простую ситуацию.

Представим, что влажность в камере остается неизменной, но по каким-то причинам начинает падать температура (например, в теплообменник поступает вода с температурой ниже обычной).

Допустим, температура воздуха в камере 15 град и влажность – 89%. На диаграмме Молье это синяя точка А, к которой от цифры 15 привела оранжевая прямая. Если эту прямую продолжить вверх, то мы увидим, что влагосодержание в этом случае составит 9,5 грамм водяных паров в 1 м³ воздуха.

Т.к. мы допустили, что влажность не меняется, т.е. количество воды в воздухе не изменилось, то когда температура опустится всего на 1 градус, влажность составит уже 95%, при 13,5 – 98%.

Если опустить вниз от точки А прямую (красного цвета), то при пересечении с кривой влажности 100% (это и есть точка росы) мы получим точку Б. Проведя горизонтальную прямую к оси температур увидим, что конденсат начнет выпадать при температуре 13,2.

Что нам дает этот пример?

Мы видим, что понижение температуры в зоне формирования молодых друз всего на 1,8 градуса может вызвать явление конденсации влаги. Выпадать роса будет именно на примордии, так они всегда имеют температуру на 1 градус ниже, чем в камере – из-за постоянного испарения собственной влаги с поверхности шляпки.

Конечно, в реальной ситуации, если из воздуховода выходит воздух ниже на два градуса, то он смешивается с более теплым воздухом в камере и влажность повышается не до 100%, а в диапазоне от 95 до 98%.

Но, необходимо отметить, что кроме колебаний температуры в реальной камере выращивания мы имеем еще форсунки увлажнения, которые поставляют влагу с избытком, в связи с чем влагосодержание тоже меняется.

В результате холодный воздух может быть пересыщен водяными парами, и при смешивании на выходе из воздуховода окажется в области туманообразования. Так как идеального распределения воздушных потоков не бывает, любое смещение потока может привести к тому, что именно возле растущего примордия образуется та самая зона росы, которая его погубит. При этом примордий, растущий рядом, может не попасть под воздействие этой зоны, и конденсат на нем не выпадет.

Самое печальное в этой ситуации то, что, как правило, датчики висят только в самой камере, а не в воздуховодах. Поэтому большинство грибоводов даже не подозревают о том, что в их камере существуют такие колебания микроклиматических параметров. Холодный воздух, выходя из воздуховода, смешивается с большим объемом воздуха в помещении, и к датчику приходит воздух с «усредненными значениями» по камере, а для грибов важен комфортный микроклимат именно в зоне их роста!

Еще более непредсказуемой ситуация по выпадению конденсата становится когда форсунки увлажнения находятся не в самих воздуховодах, а развешаны по камере. Тогда заходящий воздух может подсушивать грибы, а внезапно включившиеся форсунки — образовать на шляпке сплошную водяную пленку.

Из всего этого следуют важные выводы:

1. Даже незначительные колебания температуры в 1,5-2 градуса могут вызвать образование конденсата и гибель грибов.

2. Если у вас нет возможности избежать колебаний микроклимата, то придется опускать влажность до самых низких из возможных значений (при температуре +15 градусов влажность должна быть не меньше 80-83%), тогда меньше вероятности, что произойдет полное насыщение воздуха влагой при понижении температуры.

3. Если в камере большинство примордий уже прошли стадию флокса*, и имеют размеры более 1-1,5 см, то опасность гибели грибов от конденсата уменьшается, в связи с ростом шляпки и, соответственно, площади поверхности испарения.
Тогда влажность можно поднять до оптимальной (87-89%), чтобы гриб был более плотный и тяжелый.

Но делать это постепенно, не более 2% в сутки — так как в результате резкого повышения влажности опять можно получить явление конденсирования влаги на грибах.

* Стадией флокса (см. фото) называется стадия развития приморий, когда идет разделение на отдельные грибочки, но сам примордий еще напоминает шар. Внешне это похоже на цветок с аналогичным названием.

4. Обязательно наличие датчиков влажности и температуры не только в помещении камеры выращивания вешенки, но и в зоне роста примордиев и в самих воздуховодах, для фиксации температурных и влажностных колебаний.

5. Любое увлажнение воздуха (так же как и его догрев, и охлаждение) в самой камере недопустимо!

6. Наличие автоматики помогает избежать как колебаний температуры и влажности, так и гибели грибов по этой причине. Программа, которая контролирует и согласовывает влияние параметров микроклимата, должна быть написана специально для камер роста вешенки.

Для практических целей наиболее важно рассчитать время охлаждения груза с помощью имеющегося на борту судна оборудования. Поскольку возможности судовой установки по сжижению газов во многом определяют время стоянки судна в порту, знание этих возможностей позволит заранее планировать стояночное время, избегать ненужных простоев, а значит и претензий к судну.

Диаграмма Молье. которая приводится ниже (рис. 62), рассчитана только для пропана, но метод ее использова­ния для всех газов одинаков (рис. 63).

На диаграмме Молье используется логарифмическая шкала абсолютного давления (р log) - на вертикальной оси, на горизонтальной оси h - натуральная шкала удельной энтальпии (см. рис. 62, 63). Давление - в МПа, 0,1 МПа = 1 бар, поэтому в дальнейшем будем использовать бары. Удельная энтальпия измеряется п кДж/кг. В дальнейшем при решении практических задач будем постоянно использовать диаграмму Молье (но только ее схема­тичное изображение с тем, чтобы понять физику тепловых процессов, происходящих с грузом).

На диаграмме можно легко заметить своего рода «сачок», образованный кривыми. Границы этого «сачка» очерчи­вают пограничные кривые смены агрегатных состояний сжиженного газа, которые отражают переход ЖИДКОСТИ В насы­щенный пар. Все, что находится слева от «сачка», относится к переохлажденной жидкости, а все то, что справа от «сачка», - к перегретому пару (см. рис 63).

Пространство между этими кривыми представляет собой различные состояния смеси насыщенных паров пропана и жидкости, отражающие процесс фазового перехода. На ряде примеров рассмотрим практическое использование* диаграммы Молье.

Пример 1: Проведите линию, соответствующую давлению в 2 бара (0,2 МРа), через участок диаграммы, отражающий смену фаз (рис. 64).

Для этого определим энтальпию для 1 кг кипящего пропана при абсолютном давлении 2 бара.

Как уже отмечалось выше, кипящий жидкий пропан характеризуется левой кривой диаграммы. В нашем случае это будет точка А, Проведя из точки А вертикальную линию к шкале А, определим значение энтальпии, которое составит 460 кДж/кг. Это означает, что каждый килограмм пропана в данном состоянии (в точке кипения при давлении 2 бара) обладает энергией в 460 кДж. Следовательно, 10 кг пропана будут обладать энтальпией 4600 кДж.

Далее определим величину энтальпии для сухого насыщенного пара пропана при том же давлении (2 бара). Для этого проведем вертикальную линию из точки В до пересечения со шкалой энтальпии. В результате найдем, что максимальное значение энтальпии для 1 кг пропана в фазе насыщенных паров составит 870 кДж. Внутри диаграммы

* Для расчетов используются данные из термодинамических таблиц пропана (см. Приложения).

Рис. 64. К примеру 1 Рис. 65. К примеру 2

У
дельная энтальпия, кДж/кг (ккал/кг)

Рис. 63. Основные кривые диаграммы Молье

(рис. 65) линии, направленные из точки критического состояния газа вниз, отображают количество частей газа и жидкости в фазе перехода. Иными словами, 0,1 означает, что смесь содержит 1 часть паров газа и 9 частей жидкости. В точке пересечения давления насыщенных паров и этих кривых определим состав смеси (ее сухость или влажность). Температура перехода постоянна в течение всего процесса конденсации или парообразования. Если пропан находится в замкнутой системе (в грузовом танке), в ней присутствуют и жидкая и газообразная фазы груза. Можно определить температуру жидкости, зная давление паров, а давление паров - по температуре жидкости. Давление и температура связаны между собой, если жидкость и пар находятся в равновесном состоянии в замкнутой системе. Заметим, что кривые температуры, расположенные в левой части диаграммы, опускаются почти вертикально вниз, пересекают фазу парообразования в горизонтальном направлении и в правой части диаграммы опять опускаются вниз почти верти­кально.

П р и м е р 2: Предположим, что есть 1 кг пропана в стадии смены фаз (часть пропана жидкость, а часть - пар). Давление насыщенных паров составляет 7,5 бар, а энтальпия смеси (пар-жидкость) равна 635 кДж/кг.

Необходимо определить, какая часть пропана находится в жидкой фазе, а какая в газообразной. Отложим на диаграмме прежде всего известные величины: давление паров (7,5 бар) и энтальпию (635 кДж/кг). Далее определим точку пересечения давления и энтальпии - она лежит на кривой, которая обозначена 0,2. А это, в свою очередь, означает, что мы имеем пропан в стадии кипения, причем 2 (20%) части пропана находятся в газообразном состоя­нии, а 8 (80%) находятся в жидком.

Также можно определить манометрическое давление жидкости в танке, температура которой 60° F, или 15,5° С (для перевода температуры будем использовать таблицу термодинамических характеристик пропана из Приложения).

При этом необходимо помнить, что это давление меньше давления насыщенных паров (абсолютного давления) на величину атмосферного давления, равного 1,013 мбара. В дальнейшем для упрощения расчетов мы будем использо­вать значение атмосферного давления, равное 1 бару. В нашем случае давление насыщенных паров, или абсолютное давление, равно 7,5 бара, поэтому манометрическое давление в танке составит 6,5 бара.

Рис. 66. К примеру 3

Как видно из рис. 62-65, на диаграмме Молье кривые плотности направлены из левого нижнего угла диаграммы «сачка» в правый верхний угол. Значение плотности на диаграмме может быть дано в Ib/ft 3 . Для пересчета в СИ используется переводной коэффициент 16,02 (1,0 Ib/ft 3 = 16,02 кг/м 3).

Пример 3: В этом примере будем ис­пользовать кривые плотности. Требуется оп­ределить плотность перегретого пара пропана при абсолютном давлении 0,95 бара и темпе­ратуре 49° С (120° F).
Также определим удель­ную энтальпию этих паров.

Решение примера видно из рис 66.

В наших примерах используются термо­динамические характеристики одного газа - пропана.

В подобных расчетах для любого газа ме­няться будут только абсолютные величины термодинамических параметров, принцип же остается тот же самый для всех газов. В дальнейшем для упрощения, большей точности расчетов и сокращения времени бу­ дем использовать таблицы термодинамичес­ких свойств газов.

Практически вся инфор­мация, заложенная в диаграмму Молье, приведена в табличной форме.

С
помощью таблиц можно найти значе­ния параметров груза, но трудно. Рис. 67. К примеру 4 представить себе, как идет процесс. . охлаждения, если не использовать хотя бы схематичное отображе­ние диаграммы p - h .

Пример 4: В грузовом танке при тем­пературе -20" С находится пропан. Необхо­димо определить как можно точнее давление газа в танке при данной температуре. Далее необходимо определить плотность и энталь­пию паров и жидкости, а также разность"эн­тальпии между жидкостью и парами. Пары над поверхностью жидкости находятся в со­стоянии насыщения при той же температу­ре, что и сама жидкость. Атмосферное дав­ление составляет 980 млбар. Необходимо построить упрощенную диаграмму Молье и отобразить все параметры на ней.

Используя таблицу (см. Приложение 1), определяем давление насыщенных паров пропана. Абсолютное давление паров пропана при температуре -20° С равно 2,44526 бар. Давление в танке будет равно:

давлению в танке (избыточное или манометрическое)

1,46526 бара