Свойства дымовых газов от температуры. Теплофизические характеристики и свойства газов. Расчет радиантной камеры и камеры конвекции
2. тепло, уносимое уходящими газами. Определим теплоемкость дымовых газов при tух =8000С;
3. потери тепла через кладку теплопроводностью.
Потери через свод
Толщина свода 0,3 м, материал шамот. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна температуре газов.
Средняя температура в печи:
По этой температуре выбираем коэффициент теплопроводности шамотного материала:
Таким образом, потери через свод составляют:
где α – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стен к окружающему воздуху, равный 71,2 кДж/(м2*ч*0С)
Потери через стены. Кладка стен выполнена двухслойной (шамот 345 мм, диатомит 115 мм)
Площадь стен, м2:
Методической зоны
Сварочной зоны
Томильной зоны
Торцевых
Полная площадь стен 162,73 м2
При линейном распределении температуры по толщине стены средняя температура шамота будет равна 5500С, а диатомита 1500С.
Следовательно.
Полные потери через кладку
4. Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаем равным 10% Qх прихода, то есть Qх+Qр
5. Неучтенные потери принимаем в размере 15% Q прихода тепла
Составим уравнение теплового баланса печи
Тепловой баланс печи сведем в табл.1; 2
Таблица 1
Таблица 2
| Расход кДж/ч | % |
| Тепло затрачиваемое на нагрев металла
| 53 |
| тепло уходящих газов | 26 |
| потери через кладку
| 1,9 |
| потери с охлаждающей водой | 6,7 |
| неучтенные потери | 10,6 |
| Итого: | 100 |
Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла составит
Выбор и расчет горелок
Принимаем, что в печи установлены горелки типа «труба в трубе».
В сварочных зонах 16 штук, в томильной 4шт. общее количество горелок 20шт. Определим расчетное количество воздуха приходящее на одну горелку.
Vв - часовой расход воздуха;
ТВ - 400+273=673 К - температура подогрева воздуха;
N – количество горелок.
Давление воздуха перед горелкой принимаем 2,0 кПа. Следует что, требуемый расход воздуха обеспечивает горелка ДБВ 225.
Определим расчетное количество газа на одну горелку;
VГ =В=2667 часовой расход топлива;
ТГ =50+273=323 К - температура газа;
N – количество горелок.
8. Расчет рекуператора
Для подогрева воздуха проектируем металлический петлевой рекуператор из труб диаметром 57/49,5 мм с коридорным расположением их шагом
Исходные данные для расчета:
Часовой расход топлива В=2667 кДж/ч;
Расход воздуха на 1 м3 топлива Lα = 13,08 м3/м3;
Количество продуктов сгорания от 1 м3 горючего газа Vα =13,89 м3/м3;
Температура подогрева воздуха tв = 4000С;
Температура уходящих газов из печи tух=8000С.
Часовой расход воздуха:
Часовой выход дыма:
Часовое количество дыма, проходящего через рекуператор с учетом потерь дыма на выбивание и через обводной шибер и подсоса воздуха.
Коэффициент m, учитывая потери дыма, принимаем 0,7.
Коэффициент , учитывающий подсос воздуха в боровах, примем 0,1.
Температура дыма перед рекуператором с учетом подсоса воздуха;
где iух – теплосодержание уходящих газов при tух=8000С
Этому теплосодержанию соответствует температура дыма tД=7500С. (см. Рис.67(3))
Теплота сгорания. Низшая теплота сгорания сухого газообразного топлива Qf колеблется в широких пределах от 4 до 47 МДж/м3 и зависит от его состава - соотношения и качества горючих и негорючих
Компонентов. Наименьшее значение Qf у доменного газа, средний состав которого примерно на 30 % состоит из горючих газов (в основном оксида углерода СО) и примерно на 60 % из негорючего азота N2. Наибольшее
Значение Qf у попутных газов, состав которых отличается повышенным содержанием тяжелых углеводородов. Теплота сгорания природных газов колеблется в узком диапазоне Qf = 35,5…37,5 МДж/м3.
Низшая теплота сгорания отдельных газов, входящих в состав газообразных топлив, приведена в табл. 3.2. О методах определения теплоты сгорания газообразного топлива см. раздел 3.
Плотность. Различают абсолютную и относительную плотность газов.
Абсолютная плотность газа рг, кг/м3, - это масса газа, приходящаяся на 1 м3 занимаемого этим газом объема. При подсчете плотности отдельного газа объем его киломо — ля принимают равным 22,41 м3 (как для идеального газа).
Относительная плотность газа Ротн представляет собой отношение абсолютной плотности газа при нормальных условиях и аналогичной плотности воздуха:
Ротн = Рг / Рв = Рг / 1,293, (6.1)
Где рг, рЕ - соответственно абсолютная плотность газа и воздуха при нормальных условиях, кг/м3. Относительную плотность газов обычно используют для сопоставления различных газов между собой.
Значения абсолютной и относительной плотности простых газов приведены в табл. 6.1.
Плотность газовой смеси pjM, кг/м3, определяется на основе правила аддитивности, согласно которому свойства газов суммируются соответственно их объемной доле в смеси:
Где Xj - объемное содержание 7-го газа в топливе, %; (рг) ; - плотность j-го газа, входящего в состав топлива, кг/м3; п- число отдельных газов в топливе.
Значения плотности газообразных топлив приведены в табл. П.5.
Плотность газов р, кг/м3, в зависимости от температуры и давления можно подсчитать по формуле
Где р0 - плотность газа при нормальных условиях (Т0 = 273 К и р0 = 101,3 кПа), кг/м3; р и Т- соответственно действительное давление, кПа, и абсолютная температура газа, К.
Практически все виды газообразного топлива легче воздуха, поэтому при утечке газ скапливается под перекрытиями. В целях безопасности перед пуском котла обязательно проверяют отсутствие газа в наиболее вероятных местах его скопления.
Вязкость газов увеличивается с повышением температуры. Значения коэффициента динамической вязкости р, Па-с, можно подсчитать по эмпирическому уравнению Сезер — ленда
Таблица 6.1
Характеристики компонентов газового топлива (при t — О °С чр = 101,3 кПа)
|
Химическая |
Молярная масса М, |
Плотность |
Объемные концентра |
||
|
Наименование газа |
Абсолютная |
Относительная |
Ционные пределы воспламенения газа в смеси с воздухом, % |
||
|
Горючие газы |
|||||
|
Пропилен |
|||||
|
Оксид углерода |
|||||
|
Сероводород |
|||||
|
Негорючие газы |
|||||
|
Диоксид углерода |
|||||
|
Диоксид серы |
|||||
|
Кислород |
|||||
|
Воздух атмосфери. |
|||||
|
Водяной пар |
Где р0- коэффициент динамической вязкости газа при нормальных условиях (Г0 = 273 К и р0 — 101,3 кПа), Па-с; Т - абсолютная температура газа, К; С - коэффициент, зависящий от вида газа, К, принимается по табл. 6.2.
Для смеси газов коэффициент динамической вязкости приближенно можно определить по значениям вязкости отдельных компонентов:
Где gj- массовая доля j-го газа в топливе, %; Цу- коэффициент динамической вязкости j-го компонента, Па-с; п - число отдельных газов в топливе.
В практике широко применяется коэффициент кинематической вязкости V, м2/с, кото
рый связан с динамической вязкостью р через плотность р зависимостью
V = р/р. (6.6)
С учетом (6.4) и (6.6) коэффициент кинематической вязкости v, м2/с, в зависимости от давления и температуры можно подсчитать по формуле
Где v0- коэффициент кинематической вязкости газа при нормальных условиях (Го = 273 К и р0= 101,3 кПа), м2/с; р и Г- соответственно действительное давление, кПа, и абсолютная температура газа, К; С - коэффициент, зависящий от вида газа, К, принимается по табл. 6.2.
Значения коэффициентов кинематической вязкости для газообразных топлив приведены в табл. П.9.
Таблица 6.2
Коэффициенты вязкости и теплопроводности компонентов газового топлива
(при t = 0 °С ир = 101,3 кПа)
|
Наименование газа |
Коэффициент вязкости |
Коэффициент теплопроводности ЫО3, Вт/(м-К) |
Коэффициент Сезерленда С, К |
|
|
Динамический р-106, Па-с |
Кинематический v-106, м2/с |
|||
|
Горючие газы |
||||
|
Пропилен |
||||
|
Оксид углерода |
||||
|
Сероводород |
||||
|
Негорючие газы Диоксид углерода |
||||
|
Кислород |
||||
|
Воздух атмосферный |
||||
|
Водяной пар при 100 °С |
Теплопроводность. Молекулярный перенос энергии в газах характеризуется коэффициентом теплопроводности ‘к, Вт/(м-К). Коэффициент теплопроводности обратно пропорционален давлению и увеличивается с повышением температуры. Значения коэффициента X можно подсчитать по формуле Сезерленда
Где Х,0 - коэффициент теплопроводности газа при нормальных условиях (Г0 = 273 К и Ро = 101,3 кПа), Вт/(м-К); р и Т- соответственно действительное давление, кПа, и абсолютная температура газа, К; С - коэффициент, зависящий от вида газа, К, принимается по табл. 6.2.
Значения коэффициентов теплопроводности для газообразных топлив приведены в табл. П.9.
Теплоемкость газообразного топлива отнесенная на 1 м3 сухого газа, зависит от его состава и в общем виде определяется как
4Л=0 ,01(СН2Н2+Ссос0 +
ССН4СН4 +сСо2сОг +- + сх. Х;), (6.9) где сН2,сС0,сСщ, сС02,…, сх. - теплоемкости составляющих компонентов топлива, соответственно водорода, оксида углерода, метана, диоксида углерода и /-го компонента, кДж/(м3-К); Н2, СО, СН4, С02, …, Хг--
Теплоемкости горючих составляющих газообразного топлива приведены в табл. П.6, негорючих - в табл. П.7.
Теплоемкость влажного газообразного топлива
Сггтл, кДж/(м3-К), определяется как
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
Взрываемость. Смесь горючего газа с воздухом в определенных пропорциях при наличии огня или даже искры может взорваться, т. е. происходит процесс его воспламенения и сгорания со скоростью, близкой к скорости распространения звука. Взрывоопасные концентрации горючего газа в воздухе зависят от химического состава и свойств газа. Объемные концентрационные пределы воспламенения для отдельных горючих газов в смеси с воздухом приведены ранее в табл. 6.1. Наиболее широкими пределами воспламенения обладают водород (4.. .74% по объему) и оксид углерода (12,5…74 %). Для природного газа усредненные нижний и верхний пределы воспламенения составляют по объему соответственно 4,5 и 17 %; для коксового - 5,6 и 31 %; для доменного - 35 и 74 %.
Токсичность. Под токсичностью понимают способность газа вызывать отравление живых организмов. Степень токсичности зависит от вида газа и его концентрации. Наиболее опасными в этом отношении компонентами газа являются оксид углерода СО и сероводород H2S.
Токсичность газовых смесей в основном определяется концентрацией наиболее токсичного из присутствующих в смеси компонентов, при этом его вредное воздействие, как правило, заметно усиливается в присутствии других вредных газов.
Наличие и концентрацию в воздухе вредных газов можно определить специальным прибором - газоанализатором.
Почти все природные газы не имеют запаха. Для обнаружения утечки газа и принятия мер безопасности природный газ до поступления в магистраль одорируют, т. е. насыщают веществом, имеющим резкий запах (например, меркаптанами).
Теплота сгорания различных видов топлива колеблется в широких пределах. Для мазута, например, она составляет свыше 40 МДж/кг, а для доменного газа и некоторых марок горючего сланца - около 4 МДж/кг. Состав энергетических топлив также изменяется в широких пределах. Таким образом, одни и те же качественные характеристики в зависимости от вида и марки топлива могут резко отличаться между собой количественно.
Приведенные характеристики топлива. Для сопоставительного анализа в роли характеристик, обобщающих качество топлива, используют приведенные характеристики топлива, %-кг/МДж, которые в общем виде рассчитывают по формуле
Где хг - показатель качества рабочего топлива, %; Q[ - удельная теплота сгорания (низшая), МДж/кг.
Так, например, для расчета приведенной
Влажности зольности серы S„p и
Азота N^p (для рабочего состояния топлива)
Формула (7.1) приобретает следующий вид, %-кг/МДж:
TOC o "1-3" h z KP=Kl GT; (7.2)
4ф=л7е[; (7.3)
Snp =S’/ Єї; (7.4)
^p=N7 Q[. (7.5)
В качестве наглядного примера показательно следующее сопоставление при условии сжигания различных топлив в котлах одинаковой тепловой мощности. Так, сравнение приведенной влажности подмосковного угля
Марки 2Б (WЈp = 3,72 %-кг/МДж) и назаров-
Ского угля 2Б (W^p = 3,04 %-кг/МДж) показывает, что в первом случае количество влаги, внесенной в топку котла с топливом, будет примерно в 1,2 раза больше, чем во втором, несмотря на то, что рабочая влажность у подмосковного угля (W[ = 31 %) меньше, чем у
Назаровского угля (Wf= 39 %).
Условное топливо. В энергетике для сравнения эффективности использования топлива в различных котельных установках, для планирования добычи и потребления топлива в экономических расчетах введено понятие условного топлива. В качестве условного топлива принято такое топливо, удельная теплота сгорания (низшая) которого в рабочем состоянии равна Qy T = 29300 кДж/кг (или
7000 ккал/кг).
Для каждого натурального топлива имеется так называемый безразмерный тепловой эквивалент Э, который может быть больше или меньше единицы:
При сгорании углерода топлива в воздухе іпо уравнению (21C+2102 + 79N2=21C02 + 79N2) на каждый объем С02 в продуктах сгорания приходится 79: 21 =3,76 объема N2.
При сгорании антрацита, тощих каменных углей и других видов топлива с высоким содержанием углерода образуются продукты сгорания, близкие по составу к продуктам сгорания углерода. При сгорании водорода по уравнению
42H2+2102+79N2=42H20+79N2
На каждый объем Н20 приходится 79:42 = 1,88 объема азота.
В продуктах сгорания природного, сжиженного и коксового газов, жидкого топлива, дров, торфа, бурого угля, длиннопламенного и газового каменного угля и других видов топлива со значительным содержанием водорода в горючей массе образуется большое количество водяного пара, иногда превышающее объем С02. Присутствие влаги в топ-
|
Таблица 36 Теплоемкость, ккал/(мЗ. °С) |
Ливе, естественно, повышает содержание водяного пара в продуктах сгорания.
Состав продуктов полного сгорания основных видов топлива в сте — хиометрическом объеме воздуха приведен в табл. 34. Из данных этой таблицы видно, что в продуктах сгорания всех видов топлива содержание N2 значительно превышает суммарное содержание C02-f-H20, а в продуктах сгорания углерода оно составляет 79%.
В продуктах сгорания водорода содержится 65% N2, в продуктах сгорания природного и сжиженного газов, бензина, мазута и других видов углеводородного топлива его содержание составляет 70-74%.
Рис. 5. Объемная теплоемкость
Продуктов сгорания
4 - продукты сгорания углерода
5 - продукты сгорания водорода
Среднюю теплоемкость продуктов полного сгорания, не содержащих кислорода, можно подсчитать по формуле
C = 0,01(Cc02C02 + Cso2S02 + C„20H20 + CN2N2) ккал/(м3-°С), (VI. 1)
Где Сс0г, Csо2, СНа0, CNa - объемные теплоемкости двуокиси углерода, сернистого газа, водяного пара и азота, а С02, S02, Н20 и N2 - содержание соответствующих компонентов в продуктах сгорания, % (объемн.).
В соответствии с этим формула (VI. 1) приобретает следующий вид:
C=0,01.(Cc02/?02 + CHj0H20-bCNi! N2) ккал/(м3«°С). (VI.2)
Средняя объемная теплоемкость С02, Н20 и N2 в интервале температур от 0 до 2500 °С приведена в табл. 36. Кривые, характеризующие изменение средней объемной теплоемкости этих газов с повышением температуры, показаны на рис. 5.
Из приведенных в табл. 16 данных и кривых, изображенных на рис. 5, видно следующее:
1. Объемная теплоемкость С02 значительно превосходит теплоемкость Н20, которая, в свою очередь, превышает теплоемкость N2 во всем интервале температур от 0 до 2000 °С.
2. Теплоемкость С02 возрастает с увеличением температуры быстрее, чем теплоемкость Н20, а теплоемкость Н20 быстрее, чем теплоемкость N2. Однако, несмотря на это, средневзвешенные объемные теплоемкости продуктов сгорания углерода и водорода в стехиометрическом объеме воздуха мало различаются .
Указанное положение, несколько неожиданное на первый взгляд, обусловлено тем, что в продуктах полного сгорания углерода в воздухе на каждый кубический метр С02, обладающей наиболее высокой объемной теплоемкостью, приходится 3,76 м3 N2 с минимальной объемной
|
Средние объемные теплоемкости продуктов сгорания углерода и водорода в теоретически необходимом количестве воздуха, ккал/(м3-°С)
|
Теплоемкостью, а в продуктах сгорания водорода на каждый кубический метр водяного пара, объемная теплоемкость которого меньше, чем у СОг, но больше, чем у N2, приходится вдвое меньшее количество азота (1,88 м3).
В результате этого средние объемные теплоемкости продуктов сгорания углерода и водорода в воздухе выравниваются, как видно из данных табл. 37 и сопоставления кривых 4 и 5 на рис. 5. Различие в средневзвешенных теплоємкостях продуктов сгорания углерода и водорода в воздухе не превышает 2%. Естественно, что теплоемкости продуктов сгорания топлива, состоящего в основном из углерода и водорода, в стехиометрическом объеме воздуха лежат в узкой области между кривыми 4 и 5 (заштриховано на рис. 5)..
Продукты полного сгорания различных видог; топлива в стехиометрическом воздухе в интервале температур от 0 до 2100 °С имеют следующую теплоемкость, ккал/(м3>°С):
Колебания в теплоемкости у продуктов сгорания различных видов топлива сравнительно невелики. У твердого топлива с высоким содержанием влаги (дрова , торф, бурые угли и т. д.) теплоемкость продуктов сгорания в том же температурном интервале выше, чем у топлива с малым содержанием влаги (антрацита, каменных углей, мазута, природного газа и т. д.). Это объясняется тем, что при сгорании топлива с высоким содержанием влаги в продуктах сгорания повышается содержание водяного пара, обладающего более высокой теплоемкостью по сравнению с двухатомным газом - азотом .
В табл. 38 приведены средние объемные теплоемкости продуктов полного сгорания, не разбавленных воздухом, для различных интервалов температур.
Таблица 38
|
Значение средних теплоемкостей не разбавленных воздухом продуктов сгорании топлива и воздуха в интервале температур от 0 до t °С
|
Увеличение содержания влаги в топливе повышает теплоемкость продуктов сгорания вследствие повышения содержания в них водяного пара в том же температурном интервале, по сравнению с теплоемкостью продуктов сгорания топлива с меньшим содержанием влаги, и одновременно с этим понижает температуру горения топлива вследствие увеличения объема продуктов сгорания за счет водяного пара.
С повышением содержания влаги в топливе увеличивается объемная теплоемкость продуктов сгорания в заданном температурном интервале и вместе с тем понижается температурный интервал от 0 до £тах вследствие снижения величины <тах. ПОСКОЛЬКУ ТЄПЛОЄМКОСТЬ ГЭЗОВ уМвНЬ — шается с понижением температуры, теплоемкость продуктов сгорания топлива с различной влажностью в интервале температур от нуля до <тах для данного топлива претерпевает незначительные колебания (табл. 39). В соответствии с этим можно принять теплоемкость продуктов сгорания всех видов твердого топлива от 0 до tmax равной 0,405, жидкого топлива 0,401, природного, доменного и генераторного газов 0,400 ккал/(м3-°С).
Это позволяет значительно упростить определение калориметриче — ской и расчетной температур горения (по методике, изложенной в гл. VII). Допускаемая при этом погрешность обычно не превышает 1%, или 20°.
Из рассмотрения кривых 4 и 5 на рис. 5 видно, что отношения тепло — емкостей продуктов полного сгорания углерода в стехиометрическом объеме воздуха в интервале температур от 0 до t°С, например от 0 до
|
Теплоемкость продуктов сгорания от 0 до t’mayL различных видов твердого топлива с содержанием от 0 до 40% влаги, в стехиометрическом объеме воздуха
|
200 и от 0 до 2100 °С практически равны отношению теплоємкостей продуктов сгорания водорода в тех же температурных интервалах. Указанное отношение теплоемкостей С’ остается практически постоянным и для продуктов полного сгорания различных видов топлива в стехиомет — рическом объеме воздуха .
В табл. 40 приведены отношения теплоемкостей продуктов полного сгорания топлива с малым содержанием балласта, переходящего в газообразные продукты сгорания (антрацит, кокс, каменные угли, жидкое топливо, природные, нефтяные, коксовые газы и т. д.) в интервале температур от 0 до t °С и в интервале температур от 0 до 2100 °С. Поскольку жаропроизводительность этих видов топлива близка к 2100 °С, указанное соотношение теплоемкостей С’ равно отношению теплоемкостей в интервале температур от 0 до t и от 0 до tm&x-
В табл. 40 приведены также значения величины С’, подсчитанные для продуктов сгорания топлива с высоким содержанием балласта, переходящего при сжигании топлива в газообразные продукты сгорания, т. е. влаги в твердом топливе, азота и двуокиси углерода в газообразном. Жаропроизводительность указанных видов топлива (дрова, торф, бурые угли, смешанный генераторный, воздушный и доменный газы) равна 1600-1700 °С.
Таблица 40
|
Отношения теплоемкостей продуктов сгорания С’ и воздуха К в температурном интервале от 0 до t °С к теплоемкости продуктов сгорания от 0 до (щах
|
Как видно из табл. 40, значения С’ и К мало различаются даже для продуктов сгорания топлива с разным содержанием балласта и жаро — производительностью.
Влажный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяных паров. В ненасыщенном воздухе влага находится в состоянии перегретого пара, и поэтому свойства влажного воздуха приближенно можно описать законами идеальных газов.
Основными характеристиками влажного воздуха являются:
1. Абсолютная влажность g , определяющая количество водяных паров, содержащихся в 1 м 3 влажного воздуха. Водяной пар занимает весь объем смеси, поэтому абсолютная влажность воздуха равна массе 1 м 3 водяного пара или плотности пара , кг/м 3
2. Относительная влажность воздуха j выражается отношением абсолютной влажности воздуха к максимально возможной влажности его при том же давлении и температуре или отношением массы водяного пара, заключенной в 1 м 3 влажного воздуха, к массе водяного пара, необходимой для полного насыщения 1 м 3 влажного воздуха при тех же давлении и температуре.
Относительная влажность определяет степень насыщения воздуха влагой:
, (1.2)
где - парциальное давление водяного пара, соответствующее его плотности Па; - давление насыщенного пара при той же температуре, Па; - максимально возможное количество пара в 1 м 3 насыщенного влажного воздуха, кг/м 3 ; - плотность пара при его парциальном давлении и температуре влажного воздуха, кг/м 3 .
Соотношение (1.2) справедливо только тогда, когда можно считать, что пар жидкости является идеальным газом вплоть до состояния насыщения.
Плотность влажного воздуха r представляет собой сумму плотностей водяного пара и сухого воздуха при парциальных давлениях в 1 м 3 влажного воздуха при температуре влажного воздуха Т , К:
(1.3)
где - плотность сухого воздуха при его парциальном давлении в 1 м 3 влажного воздуха, кг/м 3 ; - парциальное давление сухого воздуха, Па; - газовая постоянная сухого воздуха, Дж/(кг×К).
Выражая и по уравнению состояния для воздуха и водяных паров, получаем
, (1.5)
где - массовый расход воздуха и водяного пара, кг/с.
Эти равенства действительны при одном и том же объеме V влажного воздуха и одной и той же температуре. Разделив второе равенство на первое, получим еще одно выражение для влагосодержания
. (1.6)
Подставив сюда значения газовых постоянных для воздуха Дж/(кг×К) и для водяного пара Дж/(кг×К), получим значение влагосодержания, выраженное в килограммах водяного пара на 1 кг сухого воздуха
. (1.7)
Заменив парциальное давление воздуха величиной , где из предыдущего и В – барометрическое давление воздуха в тех же единицах, что и р , получим для влажного воздуха, находящегося под барометрическим давлением
. (1.8)
Таким образом, при заданном барометрическом давлении влагосодержание воздуха зависит только от парциального давления водяного пара. Максимально возможное содержание влаги в воздухе , откуда
. (1.9)
Так как давление насыщения растет с температурой, то максимально возможное количество влаги, которое может содержаться в воздухе, зависит от его температуры, причем тем больше, чем выше температура. Если уравнения (1.7) и (1.8) решить относительно и , то получим
(1.10)
. (1.11)
Объем влажного воздуха в кубических метрах, приходящийся на 1 кг сухого воздуха, вычисляется по формуле
(1.12)
Удельный объем влажного воздуха v , м 3 /кг, определяется делением объема влажного воздуха на массу смеси, приходящуюся на 1 кг сухого воздуха:
Влажный воздух как теплоноситель характеризуется энтальпией (в килоджоулях на 1 кг сухого воздуха), равной сумме энтальпий сухого воздуха и водяного пара
(1.14)
где - удельная теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг×К); t – температура воздуха, °С; i - энтальпия перегретого пара, кДж/кг.
Энтальпия 1 кг сухого насыщенного водяного пара при низких давлениях определяется по эмпирической формуле, кДж/кг:
где - постоянный коэффициент, примерно равный энтальпии пара при температуре 0 °С; = 1,97 кДж/(кг×К) – удельная теплоемкость пара.
Подставив значения i в выражение (1.14) и принимая удельную теплоемкость сухого воздуха постоянной и равной 1,0036 кДж/(кг×К), найдем энтальпию влажного воздуха в килоджоулях на 1 кг сухого воздуха:
Для определения параметров влажного газа используются аналогичные рассмотренным выше уравнения.
, (1.17)
где - газовая постоянная для исследуемого газа; Р - давление газа.
Энтальпия газа, кДж/кг,
где - удельная теплоемкость газа, кДж/(кг×К).
Абсолютное влагосодержание газа:
. (1.19)
При расчете контактных теплообменников для теплоносителей воздух-вода можно пользоваться данными табл. 1.1-1.2 или расчетными зависимостями для определения физико-химических параметров воздуха (1.24-1.34) и воды (1.35). Для дымовых газов могут быть использованы данные табл. 1.3.
Плотность влажного газа, кг/м 3:
, (1.20)
где - плотность сухого газа при 0 °С, кг/м 3 ; М г, М п – молекулярные массы газа и пара.
Коэффициент динамической вязкости влажного газа, Па×с:
, (1.21)
где - коэффициент динамической вязкости водяного пара, Па×с; - коэффициент динамической вязкости сухого газа, Па×с; 
- массовая концентрация пара, кг/кг.
Удельная теплоемкость влажного газа, кДж/(кг×К):
Коэффициент теплопроводности влажного газа, Вт/(м×К):
, (1.23)
где k – показатель адиабаты; В – коэффициент (для одноатомных газов В = 2,5; для двухатомных газов В = 1,9; для трехатомных газов В = 1,72).
Таблица 1.1. Физические свойства сухого воздуха (р = 0,101 МПа)
| t , °C | , кг/м 3 | , кДж/(кг×К) | , Вт/(м×К) | , Па×с | , м 2 /с | Pr |
| -20 | 1,395 | 1,009 | 2,28 | 16,2 | 12,79 | 0,716 |
| -10 | 1,342 | 1,009 | 2,36 | 16,7 | 12,43 | 0,712 |
| 1,293 | 1,005 | 2,44 | 17,2 | 13,28 | 0,707 | |
| 1,247 | 1,005 | 2,51 | 17,6 | 14,16 | 0,705 | |
| 1,205 | 1,005 | 2,59 | 18,1 | 15,06 | 0,703 | |
| 1,165 | 1,005 | 2,67 | 18,6 | 16,00 | 0,701 | |
| 1,128 | 1,005 | 2,76 | 19,1 | 16,96 | 0,699 | |
| 1,093 | 1,005 | 2,83 | 19,6 | 17,95 | 0,698 | |
| 1,060 | 1,005 | 2,90 | 20,1 | 18,97 | 0,696 | |
| 1,029 | 1,009 | 2,96 | 20,6 | 20,02 | 0,694 | |
| 1,000 | 1,009 | 3,05 | 21,1 | 21,09 | 0,692 | |
| 0,972 | 1,009 | 3,13 | 21,5 | 22,10 | 0,690 | |
| 0,946 | 1,009 | 3,21 | 21,9 | 23,13 | 0,688 | |
| 0,898 | 1,009 | 3,34 | 22,8 | 25,45 | 0,686 | |
| 0,854 | 1,013 | 3,49 | 23,7 | 27,80 | 0,684 | |
| 0,815 | 1,017 | 3,64 | 24,5 | 30,09 | 0,682 | |
| 0,779 | 1,022 | 3,78 | 25,3 | 32,49 | 0,681 | |
| 0,746 | 1,026 | 3,93 | 26,0 | 34,85 | 0,680 | |
| 0,674 | 1,038 | 4,27 | 27,4 | 40,61 | 0,677 | |
| 0,615 | 1,047 | 4,60 | 29,7 | 48,33 | 0,674 | |
| 0,566 | 1,059 | 4,91 | 31,4 | 55,46 | 0,676 | |
| 0,524 | 1,068 | 5,21 | 33,6 | 63,09 | 0,678 | |
| 0,456 | 1,093 | 5,74 | 36,2 | 79,38 | 0,687 | |
| 0,404 | 1,114 | 6,22 | 39,1 | 96,89 | 0,699 | |
| 0,362 | 1,135 | 6,71 | 41,8 | 115,4 | 0,706 | |
| 0,329 | 1,156 | 7,18 | 44,3 | 134,8 | 0,713 | |
| 0,301 | 1,172 | 7,63 | 46,7 | 155,1 | 0,717 | |
| 0,277 | 1,185 | 8,07 | 49,0 | 177,1 | 0,719 | |
| 0,257 | 1,197 | 8,50 | 51,2 | 199,3 | 0,722 | |
| 0,239 | 1,210 | 9,15 | 53,5 | 233,7 | 0,724 |
Теплофизические свойства сухого воздуха могут быть аппроксимированы следующими уравнениями.
Кинематическая вязкость сухого воздуха при температуре от -20 до +140 °С, м 2 /с:
Па; (1.24)
и от 140 до 400 °С, м 2 /с:
. (1.25)
Таблица 1.2. Физические свойства воды в состоянии насыщения
| t , °C | , кг/м 3 | , кДж/(кг×К) | , Вт/(м×К) | , м 2 /с | , Н/м | Pr | |
| 999,9 | 4,212 | 55,1 | 1,789 | -0,63 | 756,4 | 13,67 | |
| 999,7 | 4,191 | 57,4 | 1,306 | 0,7 | 741,6 | 9,52 | |
| 998,2 | 4,183 | 59,9 | 1,006 | 1,82 | 726,9 | 7,02 | |
| 995,7 | 4,174 | 61,8 | 0,805 | 3,21 | 712,2 | 5,42 | |
| 992,2 | 4,174 | 63,5 | 0,659 | 3,87 | 696,5 | 4,31 | |
| 988,1 | 4,174 | 64,8 | 0,556 | 4,49 | 676,9 | 3,54 | |
| 983,2 | 4,179 | 65,9 | 0,478 | 5,11 | 662,2 | 2,98 | |
| 977,8 | 4,187 | 66,8 | 0,415 | 5,70 | 643,5 | 2,55 | |
| 971,8 | 4,195 | 67,4 | 0,365 | 6,32 | 625,9 | 2,21 | |
| 965,3 | 4,208 | 68,0 | 0,326 | 6,95 | 607,2 | 1,95 | |
| 958,4 | 4,220 | 68,3 | 0,295 | 7,52 | 588,6 | 1,75 | |
| 951,0 | 4,233 | 68,5 | 0,272 | 8,08 | 569,0 | 1,60 | |
| 943,1 | 4,250 | 68,6 | 0,252 | 8,64 | 548,4 | 1,47 | |
| 934,8 | 4,266 | 68,6 | 0,233 | 9,19 | 528,8 | 1,36 | |
| 926,1 | 4,287 | 68,5 | 0,217 | 9,72 | 507,2 | 1,26 | |
| 917,0 | 4,313 | 68,4 | 0,203 | 10,3 | 486,6 | 1,17 | |
| 907,4 | 4,346 | 68,3 | 0,191 | 10,7 | 466,0 | 1,10 | |
| 897,3 | 4,380 | 67,9 | 0,181 | 11,3 | 443,4 | 1,05 | |
| 886,9 | 4,417 | 67,4 | 0,173 | 11,9 | 422,8 | 1,00 | |
| 876,0 | 4,459 | 67,0 | 0,165 | 12,6 | 400,2 | 0,96 | |
| 863,0 | 4,505 | 66,3 | 0,158 | 13,3 | 376,7 | 0,93 |
Плотность влажного газа, кг/м 3.