Введите строку (воздух 35 °C 70 % наддув 3 бар после охладителя 45 °C расход 50 000 кг/ч) или заполните поля: строка и поля связаны и меняются вместе.
Введите наружный воздух — температуру и относительную влажность или влагосодержание, — давление наддува и температуру воздуха после охладителя наддувочного воздуха, и калькулятор покажет, сколько воды выпадает из наддувочного воздуха: в граммах на килограмм сухого воздуха, а с расходом воздуха — в кг/ч и тоннах за сутки. Он покажет и точку росы при давлении наддува и то, насколько воздух после охладителя выше или ниже неё. Расчёт показан по шагам с вашими числами, кривая насыщения нарисована при вашем давлении, а результат можно скопировать строкой или перенести в запрос.
Выпавшую воду отводят влагоотделитель и дренаж после охладителя. Калькулятор не даёт рекомендуемых температур наддувочного воздуха и воздуха после охладителя — их задаёт изготовитель двигателя, — не рассчитывает охладитель и охлаждающую воду. Давление насыщения считается над жидкой водой от 0 до 100 °C; ниже 0 °C насыщение считают надо льдом, этого калькулятор не охватывает и так и пишет, а не даёт число.
Влагосодержание x1 = 0,622 pv / (pa - pv), где pv = относительная влажность x ps(t1) — парциальное давление пара, pa — атмосферное давление. При 35 °C и 70 %: ps = 0,05629 бар, pv = 0,03940 бар, x1 = 0,622 x 0,03940 / (1,013 - 0,03940) = 0,02517 кг/кг, то есть 25,17 г/кг. В компрессоре влагосодержание не меняется.
После охладителя воздух удерживает не больше x2 = 0,622 ps(t2) / (p2 - ps(t2)) при абсолютном давлении наддува p2. При 3 бар изб. (4,013 бар абс.) и 45 °C: ps = 0,09594 бар, x2 = 15,24 г/кг. Конденсат — x1 - x2 = 9,94 г на кг сухого воздуха; при 50 000 кг/ч воздуха это 485 кг/ч, или 11,6 т за 24 ч.
Парциальное давление пара в наддувочном воздухе pv2 = x1 p2 / (0,622 + x1) = 0,1561 бар; точка росы td — температура, при которой ps(td) = pv2, найдена делением отрезка пополам: 54,8 °C. У того же воздуха при атмосферном давлении точка росы около 28,7 °C: давление поднимает её, поэтому вода выпадает, хотя воздух после охладителя теплее наружного.
| Величина | Формула | Пояснение |
|---|---|---|
| Влагосодержание x | x = 0,622 pv / (p - pv) | кг воды на кг сухого воздуха; 0,622 = 18,015 / 28,966 — отношение молярных масс воды и сухого воздуха |
| Парциальное давление пара | pv = относительная влажность x ps(t) | ps — по уравнению давления насыщения IAPWS-IF97 |
| Насыщение после охладителя | x2 = 0,622 ps(t2) / (p2 - ps(t2)) | при абсолютном давлении наддува |
| Конденсат | x1 - x2, если больше нуля | кг воды на кг сухого воздуха |
| Точка росы при p2 | ps(td) = x1 p2 / (0,622 + x1) | делением отрезка пополам на 0–100 °C |
| Абсолютное давление | p2 = p изб. + pa | pa — 1,013 бар абс., если не введено другое |
| Вода из воздуха | m сух. x (x1 - x2); m сух. = m / (1 + x1) | кг/ч; x 24 / 1000 — т за 24 ч |
| Единицы | 1 кг/с = 3600 кг/ч; 1 т/ч = 1000 кг/ч | 1 psi = 0,06894757293168 бар; 1 кгс/см2 = 0,980665 бар |
Давление насыщения ps(t) — по уравнению IAPWS-IF97 над жидкой водой, от 0 до 100 °C. Влагосодержание отнесено к килограмму сухого воздуха; расход воздуха принимается за влажный и делится на (1 + x1), чтобы получить сухой воздух; расход с пометкой «сухой воздух» берётся как есть.
Формула влагосодержания x = 0,622 pv / (p - pv) и обращённая формула pv = x p / (0,622 + x) — стандартные соотношения психрометрии для влажного воздуха как смеси идеальных газов: они приведены в справочнике ASHRAE Handbook — Fundamentals (глава 1, с коэффициентом 0,621945) и в независимых инженерных справочниках и библиотеках расчёта влажного воздуха (с коэффициентом 0,62198); 0,622 — отношение молярных масс воды и сухого воздуха, 18,015 / 28,966, разница в результате меньше 0,01 %. Давление насыщения — уравнение (30) IAPWS-IF97 (выпуск IAPWS R7-97) с коэффициентами таблицы 34, проверенное по контрольным значениям выпуска. То, что вода выпадает в охладителе, когда наддувочный воздух проходит свою точку росы, и отводится влагоотделителем и дренажом после охладителя, описано в судовой технической литературе.
В четыре шага. Вода в наружном воздухе: pv = относительная влажность x ps(t1) и x1 = 0,622 pv / (pa - pv). Давление наддува в абсолютном виде: p2 = избыточное + pa. Больше всего воды, которую воздух удерживает после охладителя: x2 = 0,622 ps(t2) / (p2 - ps(t2)). Конденсат — x1 - x2, если больше нуля. Наружный воздух 35 °C и 70 %: ps = 0,05629 бар, pv = 0,03940 бар, x1 = 25,17 г/кг при 1,013 бар абс. Наддув 3 бар изб., то есть 4,013 бар абс., после охладителя 45 °C: ps = 0,09594 бар, x2 = 15,24 г/кг. Выпадает около 9,94 г воды на кг сухого воздуха; при расходе 50 000 кг/ч, из них 48 772 кг/ч сухого воздуха, это 485 кг/ч, или 11,6 т за 24 ч.
Потому что воздух сжат. Влагосодержание x1 в компрессоре не меняется, но парциальное давление пара растёт вместе с общим давлением: pv2 = x1 p2 / (0,622 + x1). Вместе с ним растёт и точка росы. У наружного воздуха 35 °C и 70 % точка росы около 28,7 °C при 1,013 бар абс., а у того же воздуха при 4,013 бар абс. — около 54,8 °C, поэтому при 45 °C после охладителя воздух примерно на 9,8 К ниже точки росы, и вода выпадает.
По парциальному давлению пара в наддувочном воздухе, pv2 = x1 p2 / (0,622 + x1), — это обращённая формула влагосодержания. Точка росы td — температура, при которой давление насыщения ps(td) равно pv2. Калькулятор находит её делением отрезка пополам между 0 и 100 °C по уравнению давления насыщения IAPWS-IF97 и показывает, насколько воздух после охладителя выше или ниже неё: выше точки росы ничего не выпадает, ниже — выпадает x1 - x2.
Её отводят влагоотделитель и дренаж после охладителя: влагоотделитель отбирает капли из воздуха, а дренаж отводит воду. Калькулятор показывает, сколько воды нужно отвести, — в г на кг сухого воздуха, а с расходом воздуха — в кг/ч и т за 24 ч. Количество зависит от влажности и температуры наружного воздуха, давления наддува и температуры воздуха после охладителя.
Рекомендуемой температуры калькулятор не даёт: температуру после охладителя наддувочного воздуха держите по указаниям изготовителя двигателя. Он показывает, сколько воды выпадает при введённой температуре, точку росы при давлении наддува и насколько воздух после охладителя выше или ниже неё — эти числа можно сравнить с данными изготовителя.
Температуру наружного воздуха в °C (читаются и К, и °F) с относительной влажностью в % или влагосодержание в г/кг или кг/кг; давление наддува в бар, мбар, кПа, МПа, psi или кгс/см2, избыточное или абсолютное, без пометки — избыточное; атмосферное давление, 1,013 бар абс., если не введено другое; температуру воздуха после охладителя; при желании — расход воздуха в кг/ч, кг/с или т/ч. Температуры — от 0 до 100 °C: ниже 0 °C насыщение считают надо льдом, а этого калькулятор не охватывает.
Калькулятор показывает воду, которая выпадает из наддувочного воздуха. Если нужны детали охладителя наддувочного воздуха, влагоотделителя или его дренажа, отправьте строку из калькулятора вместе с данными двигателя и фото таблички, и Vessel Core сверит данные до того, как предложение уйдёт к вам.
