Interaktivní grafický software pro termodynamické výpočty vlhkého vzduchu Příklady práce se software VZDUCH verze 1.2 Určeno pro počítače IBM PC a kompatibilní pracující pod operačním systémem DOS či Windows s grafickým adaptérem VGA M.Pavelek, E.Janotková - Brno 2002 Odbor termomechaniky a techniky prostředí Energetického ústavu Fakulta strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně 616 69 Brno, Technická 2 tel. 541143272, 5 41143268
Úvod Interaktivní grafický software VZDUCH slouží k určování stavů vlhkého vzduchu. Efektivně nahradí práci s dosud používanými tabulkami či tištěnými diagramy. Software umožní nejen přesné výpočty stavů vlhkého vzduchu, ale je též vhodnou učební pomůckou pro studium průběhů izokřivek v Mollierově i x diagramu vlhkého vzduchu, kde i je měrná entalpie a x je měrná vlhkost. Detailní návod k obsluze software VZDUCH najdeme v souboru navod.htm, který je přístupný ze seznamu studijních pomůcek. Tento návod najdeme také v souboru Navod.pdf, který je součástí software VZDUCH. V následujícím textu jsou uvedeny různé typické obrazy Mollierova i-x diagramu, se kterými se lze setkat při práci se softwarem VZDUCH. Spuštění software VZDUCH Software lze spustit přímo ze seznamu studijních pomůcek. Automaticky přitom dojde k dočasnému rozbalení software a spuštění. Vhodnější je však software nejdříve stáhnout na lokální disk počítače, rozbalit jej do zvoleného adresáře a pak teprve spustit příkazem VZDUCH.EXE. Po spuštění se na obrazovce objeví úvodní obraz a po zmáčknutí kteréhokoliv tlačítka se zobrazí pracovní formulář software s i-x diagramem. Ve spodní části je hlavní dialogové menu a vlevo od diagramu je tabulka zadaných a vypočtených hodnot stavových veličin, viz obr. 1. V programu značí p tlak vlhkého vzduchu, t jeho teplotu, relativní vlhkost, x měrnou vlhkost, i měrnou entalpii, t m teplotu mokrého teploměru (totožnou s teplotou mezního adiabatického ochlazení t ad ) a t r teplotu rosného bodu. Dále v programu značí p p " parciální tlak sytých vodních par, p " hustotu sytých par, x" měrnou vlhkost nasyceného vzduchu, i" entalpii nasyceného vzduchu, p p parciální tlak par, p hustotu par, v hustotu suchého vzduchu, hustotu vlhkého vzduchu, x k měrnou vlhkost kapalné fáze pro přesycený vzduch o teplotě t > 0 C a x t měrnou vlhkost tuhé fáze pro přesycený vzduch o teplotě t < 0 C. Vestavěný návod k obsluze lze vyvolat tlačítkem N. Obr. 1 Pracovní formulář software VZDUCH s Mollierovým i-x diagramem 2
Určování stavů vlhkého vzduchu Stav vlhkého vzduchu je zadáván celkovým tlakem vlhkého vzduchu p a libovolnou dvojicí stavových veličin teplotou t, relativní vlhkostí, měrnou vlhkostí x, entalpií i, teplotou mokrého teploměru t m a teplotou rosného bodu t r. Příklady zadávání stavů najdeme na obr. 2 až obr. 17. Obr.2 Zadání stavu pomocí t, při tlaku p = 78 100 Pa Obr. 3 Přepočet zadaného stavu z obr. 2 pro tlak p = 102 000 Pa 3
Obr. 4 Zadání stavu pomocí t, x Obr. 5 Zadání stavu pomocí t, i 4
Obr. 6 Zadání stavu pomocí t, t m Obr. 7 Zadání stavu pomocí t, t r 5
Obr. 8 Zadání stavu pomocí, x Obr. 9 Zadání stavu pomocí, i 6
Obr. 10 Zadání stavu pomocí, t m Obr. 11 Zadání stavu pomocí, t r 7
Obr. 12 Zadání stavu pomocí x, i Obr. 13 Zadání stavu pomocí x, t m 8
Obr. 14 Zadání stavu pomocí x, t r Obr. 15 Zadání stavu pomocí i, t m 9
Obr. 16 Zadání stavu pomocí i, t r Obr. 17 Zadání stavu pomocí t m, t r 10
Osnovy izokřivek Software VZDUCH dokáže též vykreslovat v i-x diagramu různé osnovy izokřivek. Na obr. 18 jsou osnovy izokřivek konstantních relativních vlhkostí = konst. a konstantních teplot mokrého teploměru t m = konst. Při vykreslování izokřivek teplot mokrého teploměru se současně vykreslují geometrická místa stavů v oblasti nenasyceného vzduchu (čárkované čáry), které mají konstantní teplotu t m. Obr. 18 Osnovy izokřivek = konst. a t m = konst. Osnovy izokřivek lze vykreslovat z hlavního dialogového menu, a to opakovaným zadáváním jednotlivých izokřivek - bez aplikace výpočtu stiskem tlačítka V. Pak lze zvolit grafický režim práce (stisknutím tlačítka G v hlavním menu) a v osnově izokřivek je možné si pomocí grafického ukazovátka ukazovat na potřebné body diagramu a odečítat polohu ukazovátka v tabulce umístěné vlevo od diagramu. Stiskneme-li pak v grafickém režimu tlačítko V, získáme podrobnější informace o aktuálním stavu vlhkého vzduchu na pozici ukazovátka, viz obr. 18. Krok grafického ukazovátka lze měnit (pomocí tlačítka K), čímž můžeme velice přesně nastavovat požadovanou stavovou veličinu. Přesnost nastavení stavové veličiny je podstatně vyšší, než představuje rozdíl této stavové veličiny mezi dvěma sousedními obrazovými body. Upřesnění nejednoznačných stavů Grafický režim práce s grafickým ukazovátkem je zcela nezbytný při upřesňování nejednoznačných stavů vlhkého vzduchu, kdy izokřivky zadávaných stavových veličin se protínají ve dvou či více bodech, viz obr. 19. Na tomto obrázku je stav vlhkého vzduchu zadán pomocí teploty t = 0 C a měrné entalpie i = 7,6 kj/kg sv. Software označil toto zadání za nejednoznačné, jelikož našel jeden stav v oblasti nenasyceného vzduchu a nekonečně mnoho stavů v oblasti přesyceného vzduchu (v ploše klínu izotermy t = 0 C). Zároveň software 11
označil stav v oblasti nenasyceného vzduchu a vypočítal jeho stavové veličiny. Pokud však měl uživatel na mysli stav v oblasti přesyceného vzduchu lze jej dodatečně upřesnit, použitím grafického ukazovátka. Na obr. 20 je provedeno upřesnění nejednoznačného stavu z obr. 21 a to tak, že upřesněný stav přesyceného vzduchu při teplotě t = 0 C a dané měrné entalpii obsahuje jen H 2 O ve skupenství tuhém. Obr. 19 Zadání nejednoznačného stavu pomocí teploty t = 0 C a měrné entalpie i Obr.20 Upřesnění nejednoznačného stavu z obr. 19 12
Pozn.: Při upřesnění nejednoznačného stavu je vhodné nejdříve zvětšit požadovanou oblast diagramu (viz změna rozsahů v hlavním dialogovém menu) a pak teprve použít grafický režim práce software VZDUCH, který se aktivuje z hlavního dialogového menu stisknutím tlačítka G. Při posuvu grafického ukazovátka lze využít změnu kroku ukazovátka (pomocí tlačítka K) a vlastní zadání nalezeného stavu se provede pomocí tlačítka V. Závěr Text uvedený v tomto dokumentu uvádí stručně informace o spuštění software VZDUCH a o možnostech využítí tohoto software ve výuce. Jsou zde uvedeny různé obrazy Mollierova i-x diagramu vykreslované při určování stavů vlhkého vzduchu celkovým tlakem a různými dvojicemi stavových veličin. Dále jsou zde vykresleny osnovy různých izokřivek a je zde popsán postup při určování nejednoznačných stavů. Z uvedených diagramů lze především studovat průběhy typických izokřivek, což je nezbytné znát při používání Mollierova i-x diagramu pro řešení různých problémů v technice prostředí, v oblasti klimatizace, chlazení, sušení, ale také v chemickém inženýrství, meteorologii apod. Nesčetné množství dalších zobrazení a řešení lze provést v samotném software VZDUCH. Pozn.: Hlavnímu programu VZDUCH lze při práci ve Windows přiřadit ikonu 13