Thermodynamik im Maschinenbau, Teil V, Psychrometrie

Letzte Woche haben wir uns mit der Arithmetik hinter chemischen Reaktionen in einem Bereich der Thermodynamik befasst, der als Stöchiometrie bekannt ist. Diese Woche werden wir etwas über Psychrometrie und den Wert der Sommerbrise lernen. Insbesondere beinhaltet die Psychrometrie die Analyse von Gas- und Dampfgemischen wie Luft und Wasser.

Sie haben vielleicht noch nie von Psychrometrie oder Psychrometrie gehört, aber Ihr Körper ist mit ihnen vertraut. Tatsächlich hält er sich jedes Mal an seine Prinzipien, wenn er schwitzt. Sie sehen, Schwitzen hält Sie kühl, und das liegt daran, dass Flüssigkeiten wie Wasser beim Verdampfen Wärme absorbieren. Wenn Schweiß, der hauptsächlich aus Wasser besteht, von der Haut verdunstet, leitet er einen Teil der Körperwärme ab und leitet sie an die Atmosphäre ab. Deshalb ist es so unangenehm, in einem Raum voller verschwitzter Körper zu sein.

Nehmen wir jetzt an, Sie sind draußen und es ist ein heißer, feuchter Sommertag. Die Luft enthält bereits viel Feuchtigkeit, sodass sie nicht so viel Schweiß von Ihrem Körper aufnehmen kann wie in einer trockeneren Umgebung. Infolgedessen verdunstet Ihr Schweiß nicht so gut. Bleib in deiner Haut und halte dich unglücklich. Führen Sie jetzt eine Sommerbrise ein. Der erhöhte Luftstrom durch Ihre Haut, den sie erzeugt, dient demselben Zweck wie ein elektrischer Ventilator in Ihrem Zuhause. Beide kühlen Sie ab, indem Sie den Umgebungsluftstrom erhöhen, mehr Luft für den Hautkontakt zur Verfügung stellen und den Verdunstungsprozess von Schweiß beschleunigen.

Im Studium der Psychrometrie lernen Maschinenbauingenieure die thermodynamischen Eigenschaften feuchter Luft kennen. Diese Eigenschaften werden dann verwendet, um Bedingungen und Entwurfsprozesse zu analysieren, die sich mit feuchter Luft befassen, z. B. Klimaanlagen und Luftentfeuchter.

Kehren wir für einen Moment zu dem Beispiel einer Klimaanlage zurück, das wir in unserer Diskussion über Thermodynamik im Maschinenbau, Teil III, verwendet haben. Dies ist in Abbildung 1 dargestellt. Auch hier würde Psychrometrie eingesetzt. Wenn Sie beispielsweise bestimmen, wie viel Wärme der heißen, feuchten Luft in Ihrem Haus durch die Verdampferwendel in Ihrer Klimaanlage entzogen werden muss. Wissen Wie viel Die Wärmeabfuhr ist einer der ersten Schritte beim Entwurf eines Systems, das die richtige Größe hat und effizient arbeitet, damit Sie sich wohlfühlen.

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Abbildung 1 – Ein einfacher Kühlkreislauf

Psychrometrische Berechnungen können recht kompliziert sein, und unsere Diskussion soll nur einen kurzen Überblick geben, reicht jedoch aus, um zu sagen, dass ihre Grundfunktion darin besteht, ein System der Massen- und Energiebilanzierung zu etablieren, das den Grundsätzen des Ersten Gesetzes der Thermodynamik. Mit anderen Worten, die Energie und Masse, die in ein System gelangen, müssen sich zu der Energie und Masse addieren, die ausgehen.

Kehren wir nun zu unserer Diskussion über Psychrometrie in Bezug auf das Design der Klimaanlage in Abbildung 1 zurück. Konzentrieren wir uns auf die Verdampferwendel dieses Systems, wie in Abbildung 2 dargestellt. Diese Spule ist zusammen mit in einer Leitung enthalten ein Gebläse. . Die von der Raumverdampferwendel angesaugte Luft enthält gemischten Wasserdampf. Der reine Luftteil und der Wasserdampfteil enthalten Wärmeenergie. Unser Körper nimmt diese Wärmeenergie als warme, feuchte Luft wahr. Während die Verdampferwendel die feuchte Luft abkühlt, kondensiert ein Großteil des Wasserdampfs zu flüssiger Feuchtigkeit, die dann aus der konditionierten Luft abgelassen wird. Was bleibt, ist eine kühlere Mischung aus Luft und stark reduziertem Wasserdampf. Diese Mischung tritt dann aus der Verdampferwendel aus und wird über ein Gebläse vom Kanal zu Ihnen nach Hause zurückgeschickt, was zu einer angenehmeren Umgebung für Sie führt.

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Figur 2 – Eine Verdampferwendel in einer Klimaanlage

Unter Verwendung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik sieht das Wärmebilanzsystem für die Klimatisierung folgendermaßen aus:

Q.Verdampfer =

(Q.Luft + Q.Wasserdampf)reingehen – (Q.Luft + Q.Wasserdampf + Q.kondensierte Feuchtigkeit)verlassen

wo “Q.Verdampfer“Es ist die Wärmeenergie, die von der Verdampferwendel entfernt wird”, Q.Luft“Es ist die in der Luft enthaltene Wärmeenergie”, Q.Wasserdampf“Es ist die im Wasserdampf enthaltene Wärmeenergie und” Q.kondensierte Feuchtigkeit„Es ist die Wärmeenergie, die in der kondensierten Feuchtigkeit enthalten ist, die aus der Klimaanlage austritt. Übrigens wird der Buchstabe “Q” häufig verwendet, um Wärme in der Thermodynamik zu bezeichnen.

Um die obige Gleichung zu lösen, müssen Sie zuerst den Druck, die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit im Raum berücksichtigen, wenn die Klimaanlage zum ersten Mal eingeschaltet wird. Als nächstes müssen wir bestimmen, wie der gewünschte Druck, die gewünschte Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit im Idealfall sein sollen, wenn die Klimaanlage die Verdampferwendel auf dem Weg zurück in den Raum verlässt. Mit anderen Worten, wir müssen die Bedingungen kennen, mit denen wir beginnen, um zu wissen, wo wir in Bezug auf Komfort enden wollen. Sobald diese Parameter bekannt sind, werden thermodynamische Formeln verwendet, um zu berechnen, wie viel Wärme die Verdampferwendel abführen soll. Jetzt können Klimaanlagen mit einer ausreichend großen Verdampferwendel, durch die genügend Kältemittel fließt, und einem ausreichend großen Lüfter ausgestattet werden, um uns effizient kühl zu halten.

Damit ist unsere Tour durch die Welt der Thermodynamik abgeschlossen. Nächste Woche beginnen wir unsere Diskussion über einen Bereich des Maschinenbaus, der als Strömungsmechanik bekannt ist. Dabei werden Kraft, Druck und Energie sowohl stationärer als auch beweglicher Flüssigkeiten untersucht. Wir werden sehen, wie ein hydraulischer Wagenheber funktioniert, wie Wasser durch Rohre fließt und wie die Flügel eines Flugzeugs ein Flugzeug in den Himmel heben.

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