способ определения условий конденсации влаги при смешивании двух воздушных потоков и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения условий конденсации влаги при смешивании двух воздушных потоков по известным исходным значениям температуры и влагосодержания смешиваемых потоков, отличающийся тем, что в диапазоне исходных значений влагосодержания определяют влагосодержание, соответствующее экстремальной разности температуры смеси и температуры, соответствующей насыщенному состоянию влажного воздуха при данном барометрическом давлении (температуры насыщения), определяемой по выражению t_н=(156-236L)/(L-8,12), где L=lg [Bd/(622+d)], d - влагосодержание, г/кг, В - полное (барометрическое) давление, мм рт.ст., t_н - температура насыщения, °С, определяют абсолютную величину и знак экстремальной разности температуры смеси и температуры насыщения для найденного значения влагосодержания, по знаку и величине экстремальной разности температур делают вывод об условиях конденсации, причем если экстремальная разность положительна и больше нуля, условия для конденсации отсутствуют, а если экстремальная разность равна нулю либо отрицательна, то конденсация возможна в диапазоне тех значений влагосодержания, при которых разность температур принимает нулевые или отрицательные значения.

2. Устройство для осуществления способа определения условий конденсации влаги при смешивании двух воздушных потоков, содержащее измерители температуры и влагосодержания смешиваемых потоков, измеритель барометрического давления, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено блоком обработки и задания исходных параметров, функциональным преобразователем разности температур, вычислительным блоком, блоком анализа знака разности температур, формирователем сигнала выхода, выходы измерителей температуры, влагосодержания и барометрического давления соединены с входами блока обработки и задания исходных параметров, выход блока обработки и задания исходных параметров соединен с входом функционального преобразователя разности температур, выход функционального преобразователя соединен с входом вычислительного блока, выход вычислительного блока соединен с входом блока анализа знака разности температур, выход блока анализа знака разности температур соединен с входом формирователя сигнала выхода, выходом устройства является выход формирователя сигнала выхода.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области автоматизации управления параметрами воздушной среды в системах вентиляции, использующих природные условия для создания микроклимата с заданными параметрами, например, при долгосрочном хранении сельхозпродукции в закрытых складских помещениях.

Известен способ определения условий конденсации влаги при смешивании двух воздушных потоков по заданным исходным значениям температуры и влагосодержания смешиваемых потоков [1]. B этом способе условия конденсации определяются графоаналитическим методом с помощью I-d-диаграммы. Указанный способ принят за прототип.

Способ, принятый за прототип, обладает малой точностью определения условий конденсации, требует наличия I-d-диаграммы, использование его в автоматическом режиме затруднительно.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение точности определения и прогнозирования условий возникновения конденсации при смешивании двух воздушных потоков, обеспечение возможности определения условий конденсации в автоматическом режиме

Указанный в задаче результат достигается тем, что в диапазоне исходных значений влагосодержания определяют влагосодержание, соответствующее экстремальной разности температуры смеси и температуры, соответствующей насыщенному состоянию влажного воздуха при данном барометрическом давлении (температуры насыщения), определяемой по выражению t_н =(156-236L)/(L-8,12), где L=lg [Bd/(622+d)], d - влагосодержание, г/кг, В - полное (барометрическое) давление, мм рт.ст., t _н - температура насыщения, °С, определяют абсолютную величину и знак экстремальной разности температуры смеси и температуры насыщения для найденного значения влагосодержания, по знаку и величине экстремальной разности температур делают вывод об условиях конденсации, причем если экстремальная разность положительна и больше нуля, условия для конденсации отсутствуют, а если экстремальная разность равна нулю либо отрицательна, то конденсация возможна в диапазоне тех значений влагосодержания, при которых разность температур принимает нулевые или отрицательные значения.

Устройство для осуществления способа содержит измерители температуры и влагосодержания смешиваемых воздушных потоков, измеритель полного (барометрического) давления, блок обработки и задания исходных параметров, функциональный преобразователь разности температур, вычислительный блок, блок анализа знака разности температур, формирователь сигнала выхода, выходы измерителей температуры, влагосодержания и барометрического давления соединены с входами блока обработки и задания исходных параметров, выход блока обработки и задания исходных параметров соединен с входом функционального преобразователя разности температур, выход функционального преобразователя соединен с входом вычислительного блока, выход вычислительного блока соединен с входом блока анализа знака разности температур, выход блока анализа знака разности температур соединен с входом формирователя сигнала выхода, выходом устройства является выход формирователя сигнала выхода.

Заявляемый способ определения условий конденсации влаги при смешивании двух воздушных потоков отличается от известного, принятого за прототип, тем, что анализируют разность температуры смеси и температуры, соответствующей насыщенному состоянию влажного воздуха при измеренном (данном) значении полного (барометрического) давления (температуры насыщения) для диапазона значений влагосодержания, заключенного между исходными значениями влагосодержания, определяют значение влагосодержания, при котором разность температур принимает экстремальное значение, определяют абсолютную величину и знак этой разности температур, по знаку разности делают вывод о наличии или отсутствии условий конденсации, причем если разность положительна и больше нуля, то условия для конденсации отсутствуют, а если разность равна нулю или отрицательна, то конденсация возможна в диапазоне тех значений влагосодержания, при которых разность температур отрицательна или равна нулю.

Предлагаемый способ реализуется расчетным путем, без графических построений, учитывает реальное барометрическое давление и измеренные (или заданные) исходные значения температуры и влагосодержания смешиваемых потоков, поэтому может быть осуществлен в автоматическом режиме с высокой точностью, позволяет использовать современные вычислительные аппаратно-программные средства.

Отличительными признаками заявленного устройства является наличие блока обработки и задания исходных параметров, функционального преобразователя разности температур, вычислительного блока, блока анализа знака разности температур, формирователя сигнала выхода, конфигурация соединений блоков с измерителями и между собой.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию изобретения «новизна».

Из патентной и научно-технической литературы не известны вышеуказанные отличительные признаки способа и устройства для его осуществления в их совокупности. Таким образом, заявляемые способ и устройство удовлетворяют критерию изобретения «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ и устройство могут быть использованы в системах регулирования параметров микроклимата хранилищ сельхозпродукции, при разработке систем кондиционирования воздуха, в системах защиты от конденсации влаги.

Моделирование и расчеты показали эффективность и высокую точность определения условий конденсации. Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления удовлетворяют критерию изобретения «промышленная применимость».

Способ определения условий конденсации влаги при смешивании двух воздушных потоков и устройство для его осуществления поясняются чертежом, где на фиг.1а, б показана графическая иллюстрация способа для двух случаев: фиг.1a - условия конденсации отсутствуют, фиг.1б - конденсация возможна в диапазоне влагосодержаний d_к1 -d_к2. На фиг.2 показана структурная схема устройства. На фиг.1 обозначено: t - температура; d - влагосодержание; t _л(d) - линия процесса смешивания двух потоков, имеющих исходные параметры t₁, d₁ для первого потока, t₂, d₂ для второго потока; d_э - влагосодержание, соответствующее экстремальному значению разности температур (t_л-t_н); t_л - температура смеси; t_н - температура насыщения; t_н(d) - линия насыщенного состояния влажного воздуха при заданном значении барометрического давления. Аналитическое выражение этой линии в координатах t, d имеет вид t_н=(156-236L)/(L-8,12), °C, где L=lg(Bd/(622+d)); В - барометрическое давление, мм рт.ст.; d - влагосодержание, г/кг; d_к1, d_к2 - влагосодержания, соответствующие нулевой разности температур.

На фиг.1 пунктиром изображена линия зависимости разности температуры смеси и температуры насыщения от величины влагосодержания. Возможный диапазон изменения параметров смеси изображен на фиг.1 прямой линией t_л(d), проведенной через точки с координатами, соответствующими исходным значениям температуры и влагосодержания смешиваемых потоков. Аналитическое выражение, характеризующее линию разности температур, будет иметь вид

Уравнение для определения значения влагосодержания d_э, соответствующего экстремальному значению разности температур (t_л-t_н) в диапазоне влагосодержаний (d₂-d₁) имеет вид

Решение уравнения (2) относительно d дает значение d_э, при котором линия разности температур имеет наибольший прогиб в рассматриваемом диапазоне значений влагосодержания (фиг.1). Если линия t_л(d) пересекается с линией t_н(d) или касается ее, то координаты точек пересечения определятся из уравнения (1) при условии (t_л -t_н)=0. При этом определится диапазон значений влагосодержания d_к2-d_к1, в котором возможна конденсация в процессе смешивания рассматриваемых потоков.

Подстановка значения d_э, определенного из уравнения (2), в уравнение (1) дает абсолютную величину и знак экстремальной разности температур (t_л-t_н) в рассматриваемом диапазоне параметров. Анализ знака и абсолютного значения экстремальной разности дает ответ о наличии или отсутствии условий конденсации.

На фиг.2 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где обозначено: 1, 2 - соответственно измерители температуры t₁, t₂ исходного состояния смешиваемых первого и второго потоков; 3, 4 - измерители влагосодержания d₁, d₂ соответствующих потоков; 5 - измеритель полного (барометрического) давления; 6 - блок обработки и задания исходных параметров; 7 - функциональный преобразователь разности температур; 8 - вычислительный блок; 9 - блок анализа знака разности температур; 10 - формирователь выходного сигнала.

Устройство работает следующим образом. В блоке 6 осуществляется обработка входных сигналов t₁, t₂, d₁, d₂, B, полученных от измерителей 1-5, и преобразование их в сигналы, удобные для дальнейших вычислений. Блок 7 реализует уравнение разности температур с конкретными данными, полученными от блока 6. Вычислительный блок 8 определяет значения d_э, d _к1, d_к2, соответствующие исходным данным, и передает их в блок 9, который анализирует знак разности температур при конкретном значении влагосодержания d_э. Результат анализа с выхода блока 9 поступает на вход блока формирования выходного сигнала 10, на выходе которого формируется сигнал, удобный для использования в системе автоматизации либо для визуального восприятия.

Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в повышении точности определения условий конденсации влаги при смешивании двух воздушных потоков и обеспечении возможности автоматизации процедуры определения условий конденсации, а также контроля и прогнозирования процесса выпадения конденсата из воздушной смеси.

Источники информации, принятые во внимание

1. Нестеренко А.В. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. - М. Высшая школа. 1971 г., стр.27, рис.10.