Диаграмма мольера: Диаграмма Молье – www.itieffe.com

Диаграмма молье

Для практических целей наиболее важно рассчитать время охлаждения груза с помощью имеющегося на борту судна оборудования. Поскольку возможности судовой установки по сжижению газов во многом определяют время стоянки судна в порту, знание этих возможностей позволит заранее планировать стояночное время, избегать ненужных простоев, а значит и претензий к судну.

Диаграмма Молье. которая приводится ниже (рис. 62), рассчитана только для пропана, но метод ее использова­ния для всех газов одинаков (рис. 63).

На диаграмме Молье используется логарифмическая шкала абсолютного давления (р log) — на вертикальной оси, на горизонтальной оси h — натуральная шкала удельной энтальпии (см. рис. 62, 63). Давление — в МПа, 0,1 МПа = 1 бар, поэтому в дальнейшем будем использовать бары. Удельная энтальпия измеряется п кДж/кг. В дальнейшем при решении практических задач будем постоянно использовать диаграмму Молье (но только ее схема­тичное изображение с тем, чтобы понять физику тепловых процессов, происходящих с грузом).

На диаграмме можно легко заметить своего рода «сачок», образованный кривыми. Границы этого «сачка» очерчи­вают пограничные кривые смены агрегатных состояний сжиженного газа, которые отражают переход ЖИДКОСТИ В насы­щенный пар. Все, что находится слева от «сачка», относится к переохлажденной жидкости, а все то, что справа от «сачка», — к перегретому пару (см. рис 63).

Пространство между этими кривыми представляет собой различные состояния смеси насыщенных паров пропана и жидкости, отражающие процесс фазового перехода. На ряде примеров рассмотрим практическое использование* диаграммы Молье.

Пример 1: Проведите линию, соответствующую давлению в 2 бара (0,2 МРа), через участок диаграммы, отражающий смену фаз (рис. 64).

Для этого определим энтальпию для 1 кг кипящего пропана при абсолютном давлении 2 бара.

Как уже отмечалось выше, кипящий жидкий пропан характеризуется левой кривой диаграммы. В нашем случае это будет точка А, Проведя из точки А вертикальную линию к шкале А, определим значение энтальпии, которое составит 460 кДж/кг. Это означает, что каждый килограмм пропана в данном состоянии (в точке кипения при давлении 2 бара) обладает энергией в 460 кДж. Следовательно, 10 кг пропана будут обладать энтальпией 4600 кДж.

Далее определим величину энтальпии для сухого насыщенного пара пропана при том же давлении (2 бара). Для этого проведем вертикальную линию из точки В до пересечения со шкалой энтальпии. В результате найдем, что максимальное значение энтальпии для 1 кг пропана в фазе насыщенных паров составит 870 кДж. Внутри диаграммы

* Для расчетов используются данные из термодинамических таблиц пропана (см. Приложения).

Рис. 64. К примеру 1 Рис. 65. К примеру 2

Удельная энтальпия, кДж/кг (ккал/кг)

Рис. 63. Основные кривые диаграммы Молье

(рис. 65) линии, направленные из точки критического состояния газа вниз, отображают количество частей газа и жидкости в фазе перехода. Иными словами, 0,1 означает, что смесь содержит 1 часть паров газа и 9 частей жидкости. В точке пересечения давления насыщенных паров и этих кривых определим состав смеси (ее сухость или влажность). Температура перехода постоянна в течение всего процесса конденсации или парообразования. Если пропан находится в замкнутой системе (в грузовом танке), в ней присутствуют и жидкая и газообразная фазы груза. Можно определить температуру жидкости, зная давление паров, а давление паров — по температуре жидкости. Давление и температура связаны между собой, если жидкость и пар находятся в равновесном состоянии в замкнутой системе. Заметим, что кривые температуры, расположенные в левой части диаграммы, опускаются почти вертикально вниз, пересекают фазу парообразования в горизонтальном направлении и в правой части диаграммы опять опускаются вниз почти верти­кально.

П р и м е р 2: Предположим, что есть 1 кг пропана в стадии смены фаз (часть пропана жидкость, а часть — пар). Давление насыщенных паров составляет 7,5 бар, а энтальпия смеси (пар—жидкость) равна 635 кДж/кг.

Необходимо определить, какая часть пропана находится в жидкой фазе, а какая в газообразной. Отложим на диаграмме прежде всего известные величины: давление паров (7,5 бар) и энтальпию (635 кДж/кг). Далее определим точку пересечения давления и энтальпии — она лежит на кривой, которая обозначена 0,2. А это, в свою очередь, означает, что мы имеем пропан в стадии кипения, причем 2 (20%) части пропана находятся в газообразном состоя­нии, а 8 (80%) находятся в жидком.

Также можно определить манометрическое давление жидкости в танке, температура которой 60° F, или 15,5° С (для перевода температуры будем использовать таблицу термодинамических характеристик пропана из Приложения).

При этом необходимо помнить, что это давление меньше давления насыщенных паров (абсолютного давления) на величину атмосферного давления, равного 1,013 мбара. В дальнейшем для упрощения расчетов мы будем использо­вать значение атмосферного давления, равное 1 бару. В нашем случае давление насыщенных паров, или абсолютное давление, равно 7,5 бара, поэтому манометрическое давление в танке составит 6,5 бара.

Рис. 66. К примеру 3

Ранее уже упоминалось, что жидкость и пары в равновесном состоянии находятся в замкнутой системе при одной и той же температуре. Это верно, однако на практике можно заметить, что пары, находящиеся в верхней части танка (в куполе), имеют температуру значительно выше, чем температура жидкости. Это обусловлено нагревом танка. Однако такой нагрев не влияет на давление в танке, которое соответствует температуре жидкости (точнее, температуре на поверхности жидкости). Пары непосредственно над поверхностью жидкости имеют ту же самую температуру, что и сама жидкость на поверхности, где как раз и происходит смена фаз вещества.

Как видно из рис.

62—65, на диаграмме Молье кривые плотности направлены из левого нижнего угла диаграммы «сачка» в правый верхний угол. Значение плотности на диаграмме может быть дано в Ib/ft³. Для пересчета в СИ используется переводной коэффициент 16,02 (1,0 Ib/ft³ = 16,02 кг/м³).

Пример 3: В этом примере будем ис­пользовать кривые плотности. Требуется оп­ределить плотность перегретого пара пропана при абсолютном давлении 0,95 бара и темпе­ратуре 49° С (120° F).Также определим удель­ную энтальпию этих паров.

Решение примера видно из рис 66.

В наших примерах используются термо­динамические характеристики одного газа — пропана.

В подобных расчетах для любого газа ме­няться будут только абсолютные величины термодинамических параметров, принцип же остается тот же самый для всех газов. В дальнейшем для упрощения, большей точности расчетов и сокращения времени бу­ дем использовать таблицы термодинамичес­ких свойств газов.

Практически вся инфор­мация, заложенная в диаграмму Молье, приведена в табличной форме.

Спомощью таблиц можно найти значе­ния параметров груза, но трудно . Рис. 67. К примеру 4 представить себе, как идет процесс . . охлаждения, если не использовать хотя бы схематичное отображе­ние диаграммы p—h.

Пример 4: В грузовом танке при тем­пературе -20′ С находится пропан. Необхо­димо определить как можно точнее давление газа в танке при данной температуре. Далее необходимо определить плотность и энталь­пию паров и жидкости, а также разность’эн­тальпии между жидкостью и парами. Пары над поверхностью жидкости находятся в со­стоянии насыщения при той же температу­ре, что и сама жидкость.

Атмосферное дав­ление составляет 980 млбар. Необходимо построить упрощенную диаграмму Молье и отобразить все параметры на ней.

Используя таблицу (см. Приложение 1), определяем давление насыщенных паров пропана. Абсолютное давление паров пропана при температуре -20° С равно 2,44526 бар. Давление в танке будет равно:

давлению в танке (избыточное или манометрическое)

1,46526 бара

атмосферное давлени = 0,980 бара =

Абсолютное _ давление

2,44526 бара

В колонке, соответствующей плотности жидкости, находим, что плотность жидкого пропана при -20° С составит 554,48 кг/м³. Далее находим в соответствующей колонке плотность насыщенных паров, которая равна 5,60 кг/м³. Энтальпия жидкости составит 476,2 кДж/кг, а паров — 876,8 кДж/кг. Соответственно разность энтальпии составит (876,8 – 476,2) = 400,6 кДж/кг.

Несколько позже рассмотрим использование диаграммы Молье в практических расчетах для определения работы установок повторного сжижения.

Точка росы и диаграмма Молье для грибоводов.

Чтобы разобраться, чем чреваты скачки уровня увлажнения, проанализируем диаграмму Молье-Рамзина.

Это она только с виду непонятная, нам с ее помощью не библиотечный архив обустраивать.

А всего лишь понять, при каких обстоятельствах на грибах будет пленка конденсата.

На многих грибоводческих сайтах пишут «диаграмма Мольера», но это неправильно. Прикольно, что этот миф как раз таки  в мозгах только у грибоводов и остался.

Написание фамилии ученого Рихарда Молье на немецком выглядит так Richard Mollier.

Но это же не значит «что вижу, то пою». Правильный перевод его фамилии именно Молье.

Рассмотрим три наиболее вероятные ситуации:

Первая

Надеюсь, наименее распространенная, но самая показательная.

Кто-то по недосмотру или злому умыслу открывает полностью задвижку на заслонке свежего воздуха. Зимой, в мороз.

И температура резко снижается. Допустим, на 3 градуса. Была 15, стала через пять минут 12. Влага, которая была в воздухе, за это время никуда ускользнуть не успела, но более холодный воздух ее удерживать в растворенном состоянии уже не может. Наступает точка росы, капельки опускаются в первую очередь на более холодные предметы.

Кто не верит в печальные последствия гибели сростков от конденсата, вопрошает: а почему на мешках капель нет? На примордиях оседает, а на полиэтилене нет? Представляете! Так и есть! Субстрат дышит, выделяя при этом энергию, пленка таки теплее! Она не успевает остыть за пять минут.

А гриб находится за пределами полиэтилена и теплого субстрата — он полностью выступает в окружающий его мир и окутан пеленой собственных испарений. И когда ему на голову обрушивается холодный воздух, пересыщенный водяными парами – он первый самый удачный объект, на который вода садится в виде конденсата.

Вернемся к диаграмме

Да простят меня ее создатели – там, где пунктирные линии, я обрезала график.

Видите на ней веером расходящиеся кривые, возле которых по правому краю вертикально написаны цифры от 20 (сверху) до 100 (внизу)? Это и есть влажность. В моем примере в камере, в показаниях по влажному термометру, было 15 градусов (желтая горизонтальная прямая). Красная точка на этом желтом отрезке – влажность 86%, а вертикальная голубая прямая показывает, сколько водяного пара содержится при этих параметрах. И вот температура вдруг падает до 12 (оранжевая горизонтальная прямая). Голубая линия при этом пересекается с оранжевой в точке росы – ниже, чем идет кривая 100% влажности.

Точка пересечения обозначена синим цветом. В этом примере достижение кривой 100% влажности очевидно и настоящая роса в виде тумана доказуема с помощью графика.

Не так все прозрачно, если одновременно с температурой меняется и процент увлажнения.

Туман не образуется, жидкость на примордиях практически не заметна, убедить грибовода, что грибочки на верхнем фото погибли из-за перепадов увлажнения – практически не реально.

Вторая

Изучим вторую ситуацию, связанную с подобием 100% влажности: жидкость оседает локально, только на примордиях.

Водяная пленка образуется в момент включения увлажнителя в результате сочетания двух факторов:

• снижения температуры в воздуховоде из-за поступления туда мелкокапельной влаги низкой температуры,
• эти капли не успевают испаряться и стать влагосодержанием потока, они летят вместе с потоком (но обособленно) к гроздям и оседают на них. В этих обстоятельствах нет «точки росы» как таковой – ведь осаждается влага не из воздуха, а капли, принесенные потоком.

Осаждается эта жидкость на примордиях постоянно, пока не наступит равновесие в системе. Если температура регулируется автоматически — через 10-15 минут работы увлажнителя она восстанавливает свое первоначальное значение. Влага усваивается воздухом, психрометр фиксирует достижение верхнего заданного предела, исполнительный механизм отключает увлажнитель.

При этом температура потока возрастает, вода с примордий испаряется. Их дыхание восстанавливается.

Если это случается непосредственно в начале закладки грибных зародышей, они гибнут.

Более крупные зачатки выживают, продолжают рост. Однако, если условия повторяются, шляпка приобретает волнистый вид. Ножка часто становится толстой, бочкообразной. Сама вешенка будет мокрой на ощупь.

Грибы диаметром 4-5 см, подвергшиеся такому шоку, часто имеют радиально расходящиеся полосы более темного цвета.

Об этом явлении гидроудара я писала в материале «Как поддерживать влажность в грибном помещении»

Третья ситуация:

конденсат выпадает на развивающиеся грозди в случае, когда точка росы, подлинная или мнимая, не наступает.

Это возможно только при попадании воды непосредственно на сростки. Вода в камере выращивания материализуется в двух случаях: полив по грибным мешкам и распыление форсунками, развешанными в помещении.

Я считаю, что оба этих варианта допускать нельзя, так не реально подсчитать, сколько урожая в результате гибнет.

Как правильно организовать увлажнение в грибном помещении?

Я вижу такой вариант: один блок работает постоянно, создавая фоновую влажность — несколько форсунок среднего или высокого давления, мощный ультразвуковой УЗ увлажнитель.

Второй блок включается автоматически при падении увлажнения ниже заданного уровня — одна, две форсунки от отдельного крана, дополнительная кассета УЗ.

Диаграмма Молье – основное руководство

Большинство инженерных установок и оборудования подвержены (и рассчитаны на то, чтобы выдерживать) различным атмосферным условиям и широкому диапазону температур, давлений, влажности и других сопутствующих факторов. Но как эти термодинамические величины влияют друг на друга и как одно свойство отличается от изменения другого? В конце концов, они будут играть решающую роль в проектировании инженерных систем. Чтобы определить отношения между этими термодинамическими величинами, ученый по имени Ришар Молье исследовал эти величины в течение многих лет и разработал так называемую диаграмму Молье.

Что такое диаграмма Молье?

Энтальпийно-энтропийная диаграмма Молье для пара, единицы США. Изображение предоставлено: Emok

Диаграмма Молье — это инструмент, используемый инженерами для теоретического прогнозирования производительности систем и установок. Диаграмма Молье, также называемая диаграммой энтальпии (h) – энтропии (s) или диаграммой h-s, представляет собой графическое представление термодинамических свойств материалов. В общем, это зависимость между энтальпией (мерой энергии термодинамической системы), температурой воздуха и содержанием влаги.

Происхождение диаграммы Молье

Ришар Молье создал диаграмму Молье в 1904 году после многих лет исследования термодинамических свойств различных сред и нанесения этих величин на диаграммы и диаграммы. Он построил ряд других диаграмм с энтальпией в качестве одной из осей, и в 1923 году было решено, что все такие диаграммы будут названы диаграммами Молье в его честь.

Примечание. Диаграмма Молье представляет собой вариант психрометрической диаграммы, на которой также представлены термодинамические свойства влажного воздуха. Хотя на первый взгляд они кажутся совершенно разными, поворот диаграммы на девяносто градусов и просмотр зеркального отображения показывают близкое сходство между двумя диаграммами. Другими словами, одно может быть преобразовано в другое.

Как пользоваться диаграммой Молье

Как правило, диаграмма Молье охватывает давление в диапазоне от 0,01 до 1000 бар и температуру до 800 oC. Диаграммы Молье можно строить для различных жидкостей. Ниже представлена ​​диаграмма Молье для воды и пара. «Доля сухости», x, дает долю по массе газообразной воды во влажной области, а остальная часть представляет собой капли жидкости.

Изображение предоставлено Маркусом Швайссом.

Имея две термодинамические величины, остальные можно легко рассчитать по диаграмме Молье.

1. При температуре по сухому термометру (указанной на термометре, расположенном вдали от прямого солнечного излучения) 21 oC и относительной влажности 50 % состояние воздуха указывается следующим образом:

Из диаграммы Молье можно сделать вывод, что:

Энтальпия воздуха составляет около 40 кДж/кг.

Температура смоченного термометра (термодинамическая температура смеси воздуха с водяным паром) составляет приблизительно 14,5 oC.

Удельная влажность (масса водяного пара в единице массы пробы влажного воздуха) 0,0076.

2. При температуре сухого термометра 19 oC и температуре влажного термометра 12 oC, согласно диаграмме Молье, другие величины будут следующими:

Энтальпия = приблизительно 33 кДж/кг

Удельная влажность = ~0,0056

Применение диаграммы Молье

Промышленные и коммерческие применения включают:

Проектирование паровых турбин

Прогноз погоды

Проектирование холодильных систем

Системы отопления и охлаждения

Конструкция компрессоров

Таблица Молье также очень полезна при соложении (процесс проращивания зерен злаков путем их замачивания в воде, а затем предотвращения дальнейшего прорастания путем сушки их на горячем воздухе – используется для приготовления солодовых коктейлей, виски, пива и т. д.)

Заключение

Диаграммы Молье очень полезны в инженерном проектировании и широко используются в академическом мире, где важно понимание фундаментальных концепций. Однако для практических приложений работа с диаграммами Молье большего размера с хорошим разрешением становится громоздкой.

Наличие программного обеспечения для создания диаграмм Молье оказалось полезным для многих инженеров. Программное обеспечение обычно способно обрабатывать как графику, так и вычисления, что затрудняет отказ от его использования. Расчеты намного точнее. Кроме того, они предлагают другие преимущества, такие как возможность включения широкого диапазона значений, исключение использования интерполяции и т. д.

Будь то в форме программного обеспечения или реальных физических диаграмм, диаграмма Молье оказалась важным инструментом для инженеров, и будет еще много-много лет.

Диаграмма Молье, часть 2: объяснение диаграммы

– автор Jeroen Fijan, 27.03.20

Ришар Молье был профессором прикладной физики и механики и пионером экспериментальных исследований в области термодинамики в конце 19 века. Он провел тщательные расчеты для каждого состояния и свойства воздуха.

Результат: символическая диаграмма HX.

Легко читаемый инструмент, используемый до сих пор. В этом выпуске нашего блога мы объясняем, как работает диаграмма и как ее читать.

Назначение диаграммы Молье

Зачем каждый раз производить тысячи вычислений, чтобы предсказать состояние среды? Ришар Молье сэкономил нам огромное количество времени, сделав все эти расчеты за нас и вместо этого предоставив нам этот мощный инструмент.

На диаграмме графически представлена ​​взаимосвязь между физическими условиями и соответствующими изменениями в системе: их можно связать, просто нарисовав несколько линий и зная, что обозначают их пересечения.

Линии температуры

Линии постоянной температуры на диаграмме в основном горизонтальны, но слегка наклонены. Каждая линия соответствует температуре, и они просты и пропорциональны – другими словами, если вам нужна линия для 21,5°C, а это не указано на графике, вы можете просто представить себе линию ровно посередине между линиями для 21. и 22°С.

^{Изображение 1: Температура}

Абсолютная влажность

Вертикальные линии на диаграмме представляют абсолютную влажность в граммах на килограмм в диапазоне от 0 до 40 г/кг. Они показывают, сколько водяного пара может содержать воздух при разных температурах: чем теплее воздух, тем больше водяного пара он может содержать.

^{Изображение 2: Абсолютная влажность}

Относительная влажность

Изогнутые линии на диаграмме представляют относительную влажность воздуха. Как мы упоминали выше, воздух может содержать фиксированное количество водяного пара. Относительная влажность — это отношение существующего водяного пара в воздухе к максимально возможному количеству пара, которое потенциально может содержаться в воздухе.

^{Изображение 3: Относительная влажность}

Линия 100% влажности также называется линией насыщения. Это максимальное количество пара, которое может содержать воздух в данных условиях.

Удельная энтальпия

Диагональные линии на диаграмме представляют удельную энтальпию, которая показывает внутреннюю энергию воздуха. Опять же, как и в случае с влажностью, она выше, когда воздух горячее.

^{Рисунок 4: Удельная энтальпия}

Плотность воздуха

Последний набор линий на диаграмме – это линии плотности воздуха, которые варьируются от 1,1 до 1,35 кг/м³. Более холодный воздух тяжелее горячего, так как более холодные молекулы расположены более плотно друг к другу и, следовательно, более плотные при низких температурах. При повышении температуры атомы переходят в более возбужденное состояние, и пространство между ними увеличивается, уменьшая плотность.

^{Рисунок 5: Плотность воздуха}

Точка росы и температура по влажному термометру

Точка росы и температура по влажному термометру — это две важные переменные, которые можно косвенно считывать из диаграммы Молье. Точка росы – это температура, при которой воздух начинает конденсироваться. Температура по влажному термометру — это теоретическая температура, считываемая термометром, покрытым пропитанной водой тканью, над которой пропускается воздух.

В качестве примера представим произвольное состояние, например 25°C с относительной влажностью 50%. Точку росы можно найти, проведя линию от точки, где кривая относительной влажности 50% пересекается с воображаемой линией, обозначающей температуру 25°C на графике, прямо вниз до линии насыщения (которая, как вы помните, представляет 100 % относительная влажность). Температура, соответствующая этой точке, является температурой точки росы, в данном случае 14°C.

^{Изображение 6: Определение точки росы}

Для температуры смоченного термометра мы снова начинаем с точки, где относительная влажность составляет 50%, а температура составляет 25°C, но вместо вертикальной линии мы следуем конкретной линия энтальпии до линии насыщения. Температура в этот момент равна температуре смоченного термометра или около 18,3°C в нашем примере.