1. Что такое воздух? Что такое нормальный воздух?
Ответ: атмосферу вокруг Земли мы привычно называем воздухом.
Воздух при нормированном давлении 0,1 MPa, температуре 20 °C и относительной влажности 36 % называется нормальным воздухом. Нормальный воздух отличается от стандартного по температуре и содержит влагу. При наличии в воздухе водяного пара после его отделения объём воздуха уменьшается.
2. Как определяется стандартное состояние воздуха?
Ответ: стандартное состояние — это состояние воздуха при давлении всасывания 0,1 MPa и температуре 15,6 °C (в отраслевой практике принято 0 °C).
В стандартном состоянии плотность воздуха составляет 1,185 кг/м3 (производительность компрессора, рефрижераторного осушителя, фильтров и другого оборудования подготовки воздуха указывается в пересчёте на стандартное состояние воздуха, единица — Nm3/min).
3. Что такое насыщенный и ненасыщенный воздух?
Ответ: при определённой температуре и давлении содержание водяного пара во влажном воздухе (то есть его плотность) имеет предел; когда при данной температуре количество водяного пара достигает максимально возможного, влажный воздух называется насыщенным. Влажный воздух, не содержащий максимально возможного количества водяного пара, называется ненасыщенным.
4. При каких условиях ненасыщенный воздух становится насыщенным? Что такое «конденсация»?
В момент перехода ненасыщенного воздуха в насыщенный во влажном воздухе конденсируются капли жидкости — это называется «конденсацией». Явление конденсации встречается повсеместно: например, летом при высокой влажности на поверхности водопроводных труб легко образуются капли; зимой утром на оконных стёклах в домах появляются капли воды. Всё это — результат конденсации влажного воздуха при постоянном давлении после охлаждения до температуры точки росы.
5. Что такое атмосферное, абсолютное и избыточное давление? Какие единицы давления обычно используются?
Ответ: давление, которое толстый слой атмосферы вокруг земной поверхности оказывает на эту поверхность или находящиеся на ней тела, называется «атмосферным давлением» и обозначается Ρb; давление, непосредственно действующее на поверхность сосуда или тела, называется «абсолютным давлением», его отсчёт ведётся от абсолютного вакуума, обозначается Pa; давление, измеренное манометром, вакуумметром, U-образной трубкой и другими приборами, называется «избыточным давлением», его отсчёт ведётся от атмосферного, обозначается Ρg. Соотношение между ними:
Pa=Pb+Pg
Давление — это сила, действующая на единицу площади; единица давления — N/квадратный метр, обозначается Pa и называется паскаль. В технике обычно используют MPa (мегапаскаль)
1 MPa = 10 в шестой степени Pa
1 стандартная атмосфера = 0,1013 MPa
1 kPa = 1000 Pa = 0,01 kgf/кв. см
1 MPa = 10 в шестой степени Pa = 10,2 kgf/кв. см
В старой системе единиц давление обычно выражали в kgf/cm2 (килограмм-сила на квадратный сантиметр).
6. Что такое температура? Какие единицы температуры обычно используются?
Ответ: температура — это статистическое среднее значение теплового движения молекул вещества.
Абсолютная температура: температура, отсчитываемая от низшего предельного значения, при котором молекулы газа прекращают движение; обозначается T, единица — «кельвин», обозначение K.
Температура по Цельсию: температура, отсчитываемая от точки плавления льда, единица — «градус Цельсия», обозначение °C. Кроме того, в англоязычных странах часто используют «градус Фаренгейта», обозначение F.
Соотношение между тремя единицами температуры:
T (K) = t (°C) + 273,16
t(F)=32+1.8t(℃)
7. Что такое парциальное давление водяного пара во влажном воздухе?
Ответ: влажный воздух — смесь водяного пара и сухого воздуха. В определённом объёме влажного воздуха количество водяного пара (по массе) обычно значительно меньше, чем сухого, но он занимает тот же объём и имеет ту же температуру. Давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений составляющих газов (сухого воздуха и водяного пара). Давление водяного пара во влажном воздухе называется парциальным давлением водяного пара и обозначается Pso. Его значение отражает количество водяного пара: чем выше содержание пара, тем выше парциальное давление. Парциальное давление водяного пара в насыщенном воздухе называется насыщенным парциальным давлением водяного пара и обозначается Pab.
8. Что такое влажность воздуха? Какие виды влажности бывают?
Ответ: физическая величина, выражающая степень сухости или влажности воздуха, называется влажностью. Обычно используют абсолютную и относительную влажность.
При стандартных условиях масса водяного пара, содержащегося в 1 m3 влажного воздуха, называется «абсолютной влажностью», единица — g/m3. Абсолютная влажность показывает лишь количество водяного пара в единице объёма влажного воздуха и не отражает способность воздуха поглощать пар, то есть степень его влажности. Абсолютная влажность — это плотность водяного пара во влажном воздухе.
Отношение фактического количества водяного пара во влажном воздухе к максимально возможному при той же температуре называется «относительной влажностью» и обычно обозначается φ. Относительная влажность φ находится в пределах от 0 до 100 %. Чем меньше φ, тем суше воздух и тем сильнее его влагопоглощающая способность; чем больше φ, тем воздух влажнее и тем слабее его способность поглощать влагу. Влагопоглощающая способность влажного воздуха зависит и от его температуры. С ростом температуры влажного воздуха давление насыщения увеличивается. Если содержание водяного пара при этом не меняется, относительная влажность φ уменьшается, то есть способность воздуха поглощать влагу возрастает. Поэтому при монтаже компрессорной следует обеспечивать вентиляцию, снижать температуру, избегать скопления воды в помещении и плохого водоотвода, чтобы уменьшить содержание влаги в воздухе.
9. Что такое влагосодержание? Как его рассчитать?
Ответ: масса водяного пара, приходящаяся на 1 кг сухого воздуха во влажном воздухе, называется «влагосодержанием» и обычно обозначается ω. Влагосодержание ω почти прямо пропорционально парциальному давлению водяного пара Pso и обратно пропорционально общему давлению воздуха p. ω точно отражает количество водяного пара в воздухе. Если атмосферное давление обычно не меняется, то при неизменной температуре влажного воздуха не меняется и Pso. При этом с ростом относительной влажности растёт влагосодержание, а способность поглощать влагу снижается.
10. От чего зависит плотность водяного пара в насыщенном воздухе?
Ответ: содержание водяного пара в воздухе (его плотность) ограничено. В диапазоне пневматических давлений (2 MPa) можно считать, что плотность насыщенного водяного пара зависит только от температуры и не зависит от давления воздуха. Чем выше температура, тем больше плотность насыщенного пара. Например, при 40 °C плотность насыщенного водяного пара в 1 кубическом метре воздуха одинакова и при 0,1 MPa, и при 1,0 MPa.
11. Что такое влажный воздух?
Ответ: воздух, содержащий определённое количество водяного пара, называется влажным, а воздух без водяного пара — сухим. Воздух вокруг нас всегда влажный. На определённой высоте над уровнем моря состав и пропорции сухого воздуха практически стабильны и не имеют особого значения для теплотехнических свойств влажного воздуха в целом. Хотя содержание водяного пара во влажном воздухе невелико, его изменение сильно влияет на физические свойства воздуха. Количество водяного пара определяет степень сухости или влажности воздуха. Именно влажный воздух является рабочим телом компрессора.
12. Что такое теплота?
Ответ: теплота — одна из форм энергии. Обычно используются единицы: KJ/(kg·°C), cal/(kg·°C), kcal/(kg·°C) и др. 1 kcal = 4,186 kJ, 1 kJ = 0,24 kcal.
Согласно законам термодинамики, теплота может самопроизвольно передаваться от горячего тела к холодному в форме конвекции, теплопроводности и излучения. Без затрат работы извне обратная передача теплоты невозможна.
13. Что такое явная теплота? Что такое скрытая теплота?
Ответ: теплота, которую тело поглощает или отдаёт при нагревании или охлаждении, когда его температура повышается или понижается, а агрегатное состояние не меняется, называется явной теплотой. Она ощущается как изменение тепла и холода и обычно может быть измерена термометром. Например, теплота, поглощённая при нагреве воды с 20 °C до 80 °C, — это явная теплота.
Когда тело поглощает или отдаёт теплоту с изменением агрегатного состояния (например, при переходе газа в жидкость…), но без изменения температуры, эта теплота называется скрытой. Скрытую теплоту нельзя измерить термометром и почувствовать, но можно рассчитать экспериментально.
После отдачи теплоты насыщенным воздухом часть водяного пара переходит в жидкую воду, при этом температура насыщенного воздуха не снижается — эта отданная теплота и есть скрытая теплота.
14. Что такое энтальпия воздуха?
Ответ: энтальпия воздуха — это общее количество теплоты, содержащееся в воздухе, обычно отнесённое к единице массы сухого воздуха. Обозначается символом ι.
15. Что такое точка росы? От чего она зависит?
Ответ: точка росы — это температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух при неизменном парциальном давлении водяного пара (то есть неизменном абсолютном влагосодержании), чтобы он стал насыщенным. При снижении температуры до точки росы из влажного воздуха выделяются капли конденсата. Точка росы влажного воздуха зависит не только от температуры, но и от содержания влаги в воздухе. Чем выше влагосодержание, тем выше точка росы, и наоборот. При определённой температуре влажного воздуха чем выше температура точки росы, тем больше парциальное давление водяного пара и тем больше его содержание. Температура точки росы имеет важное практическое значение в компрессорной технике. Например, при слишком низкой температуре на выходе компрессора масловоздушная смесь конденсируется из-за низкой температуры в масляном баке, масло обводняется и теряет смазывающие свойства. Поэтому температура на выходе компрессора должна быть не ниже точки росы при соответствующем парциальном давлении.
