65 Khi đợc hút vào cấp I ở áp suất p 1 , đợc nén trong xilanh I đến áp suất p 2 , nhiệt độ của khí tăng từ T 1 đến T 2 . Khi ra khỏi cấp I đợc làm mát trong bình làm mát trung gian B, nhiệt độ khí giảm từ T 2 xuống đến T 1 (bằng nhiệt độ khi vào xilanh cấp I). sau khi đợc làm mát ở bình làm mát B, khí đợc hút vào xilanh II và đợc nén từ áp suất p 3 = p 2 đến áp suất p 4 . Các quá trình của máy nén hai cấp đợc thẻ hiện trên hình 6.8, bao gồm: a-1 là quá trình hút khí vào xilanh I (cấp 1) ở áp suất p 1 , 1-2- quá trình nén khí trong xilanh I từ áp suất p 1 đến p 2 , 2-3 quá trình đẩy khí vào bình làm mát trung gian B, nhiệt độ khí giảm từ T 2 xuống đến T 1 , 3-3- quá trình hút khí từ bình làm mát vào xilanh II (cấp 2), 3-4 là quá trình nén khí trong xi lanh II từ áp suất p 2 đến p 1 , 4-b là quá trình đẩy khí vào bình chứa, Vì đợc làm mát trung gian nên thể tích khí vào cấp 2 giảm đi một lợng V = V 2 V 3 , do đó công tiêu hao giảm đi một lợng bằng diện tích 2344 so với khi nén trong máy nén một cấp có cùng áp suất đầu p 1 và áp suất cuối p 4 . Nếu máy nén rất nhiều cấp và có làm mát trung gian sau mỗi cấp thì quá trình nén sẽ tiến dần tới quá trình nén đẳng nhiệt. 6.3.3.2. Chọn áp suất trung gian Tỉ số nén trong mỗi cấp đợc chọn sao cho công tiêu hao của máy nén là nhỏ nhất, nghĩa là quá trình nén tiến tới quá trình đẳng nhiệt. Nhiệt độ khí vào các cấp đều bằng nhau và bằng T 1 , nhiệt độ khí ra khỏi các cấp đều bằng nhau và bằng T 2 , nghiã là: T 1 = T 2 và T 2 = T 4 áp suất khí ra khỏi cấp nén trớc bằng áp suất khí vào cấp nén sau, nghĩa là: p 2 = p 3 và p 4 = p 5 , Trong trờng hợp tổng quát, ta coi quá trình nén là đa biến và số mũ đa biến ở các cấp đều nh nhau, ta có: 66 ở cấp I: 1n n 1 2 1 2 T T p p = (6-29) ở cấp II: 1n n 3 4 3 4 T T p p = (6-30) mà: T 1 = T 2 và T 2 = T 4 , do đó ta suy ra tỷ số nén của mỗi cấp là: 3 4 1 2 p p p p == , (6-31) hay: 1 4 3 4 1 2 2 p p p p p p == , (6-32) Tổng quát, nếu máy nén có m cấp thì: m d c p p = (6-33) 6.3.3.3. Công tiêu hao của máy nén Công của máy nén nhiều cấp bằng tổng công của các cấp. Với hai cấp ta có: l mn = l 1 + l 2 trong đó: = 1 p p RT 1n n l n 1n 1 2 11 (6-35) = 1 p p RT 1n n l n 1n 3 4 32 (6-36) mà: T 1 = T 3 và 3 4 1 2 p p p p == , nên l 1 = l 2 và l mn = 2l 1 = 2l 2 . Tơng tự, nếu máy nén có m cấp thì công tiêu tốn của nó sẽ là: () == 1RT 1n n.m mll n 1n 11mn (6-37) 6.4. Các quá trình của không khí ẩm 6.4.1. Không khí ẩm 67 6.4.1.1. Định nghĩa và tính chất của không khí ẩm Không khí ẩm (khí quyển) là một hỗn hợp gồm không khí khô và hơi nớc. Không khí khô là hỗn hợp các khí có thành phần thể tích: Nitơ khoảng 78%; Oxy: 20,93%; Carbonnic và các khí trơ khác chiếm khoảng 1%. Hơi nớc trong không khí ẩm có phân áp suất rất nhỏ (khoảng 15 đến 20 mmHg), do đó ở nhiệt độ bình thờng thì hơi nớc trong khí quyển là hơi quá nhiệt, ta coi nó là khí lý tởng. Nh vậy, có thể coi không khí ẩm là một hỗn hợp khí lý tởng, có thể sử dụng các công thức của hỗn hợp khí lý tởng để tính toán không khí ẩm, nghĩa là: Nhiệt độ không khí ẩm : T = T kk = T h , (6-38) áp suất không khí ẩm: p = p kk = p h , (6-39) Thể tích V: V = V kk + V h , ` (6-40) Khối lợng G: G = G kk + G h , ` (6-41) 6.4.1.2. Phân loại không khí ẩm Tuỳ theo lợng hơi nớc chứa trong không khí ẩm, ta chia chúng ra thành 3 loại: * không khí ẩm bão hoà: Không khí ẩm bão hòa là không khí ẩm mà trong đó lợng hơi nớc đạt tới giá trị lớn nhất G = G max . Hơi nớc ở đây là hơi bão hòa khô, đợc biễu diễn bằng điểm A trên đồ thị T-s hình 6.9. * Không khí ẩm cha bão hòa: Không khí ẩm cha bão hòa là không khí ẩm mà trong đó lợng hơi nớc cha đạt tới giá trị lớn nhất G < G max , nghĩa là còn có thể nhận thêm một lợng hơi nớc nữa mới trở thành không khí ẩm bão hòa. Hơi nớc ở đây là hơi quá nhiệt, đợc biểu diễn bằng điểm B trên đồ thị T-s hình 6.9 * Không khí ẩm quá bảo hòa: Không khí ẩm quá bão hòa là không khí ẩm mà trong đó ngoài lợng hơi nớc lớn nhất G max , còn có thêm một lợng nớc ngng nữa chứa trong nó. Hơi nớc ở đây là hơi bão hòa ẩm. 68 Nếu cho thêm một lợng hơi nớc nữa vào không khí ẩm bão hòa thì sẽ có một lợng chừng đó hơi nớc ngng tụ lại thành nớc, khi đó không khí ẩm bão hòa trở thành không khí quá bão hòa. Ví dụ sơng mù là không khí ẩm quá bão hòa vì trong đó có các giọt nớc ngng tụ. Từ đồ thị hình 6.9 ta thấy, có thể biến không khí ẩm cha bão hòa thành không khí ẩm bão hòa bằng hai cách: + Giữ nguyên nhiệt độ không khí ẩm t h = const, tăng phân áp suất của hơi nớc từ p h đến p hmax (quá trình BA 1 ). áp suất p hmax là áp suất lớn nhất hay còn gọi là áp suất bão hòa. Nghĩa là tăng lợng nớc trong không khí ẩm cha bão hòa để nó trở thành không khí ẩm bão hòa. + Giữ nguyên áp suất hơi p h = const, giảm nhiệt độ không khí ẩm từ t h đến nhiệt độ đọng sơng t s (quá trình BA 2 ). Nhiệt độ đọng sơng t s là nhiệt độ tại đó hơi ngng tụ lại thành nớc. 6.4.1.3. các đại lợng đặc trng cho không khí ẩm * Độ ẩm tuyệt đối: Độ ẩm tuyệt đối là khối lợng hơi nớc chứa trong 1m 3 không khí ẩm. Đây cũng chính là khối lợng riêng của hơi nớc trong không khí ẩm. V G h h = , kg/m 3 ; (6-42) * Độ ẩm tơng đối: Độ ẩm tơng đối là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối của không khí cha bão hòa h và độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm bão hòa hmax ở cùng nhiệt độ. maxhh / = (6-43) Từ phơng trình trạng thái của không khí ẩm cha bão hòa: p h V = G h R h T và bão hòa: p hmax V = G hmax R h T, suy ra: TR p V G h hh h == (a) và TR p V G h maxhmaxh maxh == (b) Chia (a) cho (b) ta đợc: max h max h p p = = (6-44) vì 0 p h p hmax nên 0 100%. Không khí khô có = 0, không khí ẩm bão hòa có = 100%. Độ ẩm thích hợp nhất cho sức khỏe động vật là = (40 ữ 75)%, cho bảo quản lạnh thực phẩm là 90%. * Độ chứa hơi d: Độ chứa hơi d là lợng hơi chứa trong 1kg không khí khô hoặc trong (1+d) kg không khí ẩm. d=G h /G k ; [kgh/kgK] (6-45) 69 Từ phơng trình trạng thái khí lí tởng viết cho hơi nớc và không khí khô ta có: TR Vp G h h h = và TR Vp G k k k = ; thay thế các giá trị G vào (6-45) ta đợc: [] kgK/kgh; pp p 622,0 p.8314.29 p.18.8314 Rp Rp d h h k h hk kh === (6-46) * Entanpi của không khí ẩm Entanpi của không khí ẩm bằng tổng entanpi của không khí khô và entanpi của hơi nớc chứa trong đó. Trong kĩ thuật thờng tính entanpi của 1kg không khí khô và d kg hơi nớc chứa trong (1+d)kg không khí ẩm, kí hiệu là i: i = i k + d.i h ; [kJ/kgK] (6-47) trong đó: i k - en tanpi của 1kg không khí khô, i k = C pk t, mà C pk = 1kJ/kgK vậy i k = t; i h - entanpi của hơi nớc, nếu không khí ẩm cha bão hoà thì hơi nớc là hơi quá nhiệt có i h = 2500 + C ph t = 2500 + 1,9t; Cuối cùng ta có: I = t + d(2500 = 1,93t); (kJ/kgK). 6.4.1.4. Đồ thị i-d Để giải các bài toán về không khí ẩm, ngoài việc tính toán theo các công thức, chúng ta có thể giải bằng đồ thị i-d. Đồ thị i-d đợc biểu diễn trên hình 6.10, có trục là entanpi của không khí ẩm [kJ/kgK], trục hoành là độ chứa hơi d [g/kgK]. Trục i và d không vuông góc với nhau mà tạo với nhau một góc 135 0 , đồ thị gồm các đờng sau: Đờng i = const là đờng thẳng nghiêng đi xuống với góc nghiêng 135 0 ; Đờng d = const là đờng thẳng đứng; Đờng t = const trong vùng không khí ẩm cha bão hòa là các đờng thẳng nghiêng đi lên. Đờng = const trong vùng không khí ẩm cha bão hòa ở nhiệt độ t < t s (p) là các đờng cong lồi, trong vùng nhiệt độ t > t s (p) là đờng thẳng đi lên. Đờng = 100% chia đồ thị thành hai vùng phía trên là không khí ẩm cha bão hòa, vùng phía dới là không khí ẩm quá bão hòa. . 4-b là quá trình đẩy khí vào bình chứa, Vì đợc làm mát trung gian nên thể tích khí vào cấp 2 giảm đi một lợng V = V 2 V 3 , do đó công tiêu hao giảm đi một lợng bằng diện tích 2344 so. tiêu hao của máy nén là nhỏ nhất, nghĩa là quá trình nén tiến tới quá trình đẳng nhiệt. Nhiệt độ khí vào các cấp đều bằng nhau và bằng T 1 , nhiệt độ khí ra khỏi các cấp đều bằng nhau và bằng. + Giữ nguyên áp suất hơi p h = const, giảm nhiệt độ không khí ẩm từ t h đến nhiệt độ đọng sơng t s (quá trình BA 2 ). Nhiệt độ đọng sơng t s là nhiệt độ tại đó hơi ngng tụ lại thành nớc.