١. ما هو الهواء؟ ما هو الهواء الطبيعي؟
الجواب: الغلاف الجوي المحيط بالأرض، والذي اعتدنا أن نسميه هواء.
الهواء تحت ضغط محدد قدره 0.1 ميجا باسكال، ودرجة حرارة 20 درجة مئوية، ورطوبة نسبية 36% هو هواء عادي. يختلف الهواء العادي عن الهواء القياسي في درجة الحرارة ويحتوي على رطوبة. عند وجود بخار الماء في الهواء، سينخفض حجمه بعد فصله.
2. ما هو التعريف القياسي لحالة الهواء؟
الإجابة: تعريف الحالة القياسية هو: الحالة الجوية عندما يكون ضغط شفط الهواء 0.1 ميجا باسكال ودرجة الحرارة 15.6 درجة مئوية (تعريف الصناعة المحلية هو 0 درجة مئوية) تسمى الحالة القياسية للهواء.
في الحالة القياسية، تكون كثافة الهواء 1.185 كجم/م3 (يتم تحديد سعة عادم ضاغط الهواء والمجفف والفلتر ومعدات ما بعد المعالجة الأخرى من خلال معدل التدفق في الحالة القياسية للهواء، ويتم كتابة الوحدة على أنها Nm3/min).
3. ما هو الهواء المشبع والهواء غير المشبع؟
الإجابة: عند درجة حرارة وضغط معينين، يكون لمحتوى بخار الماء في الهواء الرطب (أي كثافة بخار الماء) حدٌّ معين؛ وعندما تصل كمية بخار الماء الموجودة في درجة حرارة معينة إلى أقصى محتوى ممكن، يُطلق على رطوبة الهواء في ذلك الوقت اسم الهواء المشبع. أما الهواء الرطب الذي لا يحتوي على أقصى محتوى ممكن من بخار الماء، فيُطلق عليه اسم الهواء غير المشبع.
٤. في أي ظروف يتحول الهواء غير المشبع إلى هواء مشبع؟ ما المقصود بـ"التكثيف"؟
عندما يتحول الهواء غير المشبع إلى هواء مشبع، تتكثف قطرات الماء السائل في الهواء الرطب، وهو ما يُسمى "التكاثف". التكاثف أمر شائع. على سبيل المثال، تكون رطوبة الهواء في الصيف مرتفعة جدًا، مما يسهل تشكل قطرات الماء على سطح أنابيب المياه. في صباح الشتاء، تظهر قطرات الماء على نوافذ المنازل الزجاجية. هذه قطرات هواء رطب مُبرّد تحت ضغط ثابت ليصل إلى نقطة الندى. نتيجة التكاثف بسبب درجة الحرارة.
٥. ما هو الضغط الجوي، والضغط المطلق، والضغط القياسي؟ ما هي وحدات الضغط الشائعة؟
الإجابة: يُطلق على الضغط الناتج عن طبقة سميكة جدًا من الغلاف الجوي المحيط بسطح الأرض على سطح الأرض أو الأجسام السطحية اسم "الضغط الجوي"، ويرمز له بالرمز Ρb؛ ويُطلق على الضغط المؤثر مباشرةً على سطح الحاوية أو الجسم اسم "الضغط المطلق". تبدأ قيمة الضغط من الفراغ المطلق، ويرمز له بالرمز Pa؛ ويُطلق على الضغط المقاس بمقاييس الضغط، ومقاييس الفراغ، والأنابيب على شكل حرف U، وغيرها من الأجهزة اسم "ضغط المقياس"، ويبدأ "ضغط المقياس" من الضغط الجوي، ويرمز له بالرمز Ρg. العلاقة بين هذه القيم الثلاثة هي:
Pa=Pb+Pg
يشير الضغط إلى القوة لكل وحدة مساحة، ووحدة الضغط هي نيوتن/مربع، ويُشار إليها بـ Pa، وتُسمى باسكال. تُستخدم وحدة MPa (MPa) عادةً في الهندسة.
1 ميجا باسكال = 10 القوة السادسة باسكال
1 ضغط جوي قياسي = 0.1013 ميجا باسكال
1 كيلو باسكال = 1000 باسكال = 0.01 كجم قوة/مربع
1 ميجا باسكال = 10 أس سادس باسكال = 10.2 كجم قوة/مربع
في نظام الوحدات القديم، يتم التعبير عن الضغط عادة بوحدة كجم قوة/سم2 (كيلوجرام قوة/سنتيمتر مربع).
٦. ما هي درجة الحرارة؟ ما هي وحدات قياس درجة الحرارة الشائعة؟
أ: درجة الحرارة هي المتوسط الإحصائي للحركة الحرارية لجزيئات المادة.
درجة الحرارة المطلقة: درجة الحرارة التي تبدأ من أدنى درجة حرارة حدية عندما تتوقف جزيئات الغاز عن الحركة، ويشار إليها بـ T. والوحدة هي "كلفن" ورمز الوحدة هو K.
درجة الحرارة المئوية: درجة الحرارة التي تبدأ من نقطة انصهار الجليد، ووحدتها "مئوية" ورمزها "℃". كما تستخدم الدول البريطانية والأمريكية غالبًا "درجة الحرارة فهرنهايت" ورمزها "ف".
العلاقة التحويلية بين وحدات درجة الحرارة الثلاث هي
T (K) = t (°C) + 273.16
t(F)=32+1.8t(℃)
7. ما هو الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء الرطب؟
الإجابة: الهواء الرطب هو خليط من بخار الماء والهواء الجاف. في حجم معين من الهواء الرطب، تكون كمية بخار الماء (بالكتلة) عادةً أقل بكثير من كمية الهواء الجاف، ولكنها تشغل نفس حجم الهواء الجاف. ، ولها نفس درجة الحرارة أيضًا. ضغط الهواء الرطب هو مجموع الضغوط الجزئية للغازات المكونة له (أي الهواء الجاف وبخار الماء). يسمى ضغط بخار الماء في الهواء الرطب الضغط الجزئي لبخار الماء، ويشار إليه بـ Pso. تعكس قيمته كمية بخار الماء في الهواء الرطب، فكلما زاد محتوى بخار الماء، زاد الضغط الجزئي لبخار الماء. يسمى الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء المشبع الضغط الجزئي المشبع لبخار الماء، ويشار إليه بـ Pab.
٨. ما هي نسبة رطوبة الهواء؟ ما مقدار الرطوبة؟
الإجابة: تُسمى الكمية الفيزيائية التي تُعبر عن جفاف الهواء ورطوبته بالرطوبة. ومن التعبيرات الشائعة للرطوبة: الرطوبة المطلقة والرطوبة النسبية.
في الظروف القياسية، تُسمى كتلة بخار الماء الموجودة في الهواء الرطب بحجم متر مكعب واحد "الرطوبة المطلقة"، ووحدتها غ/م³. تشير الرطوبة المطلقة فقط إلى كمية بخار الماء الموجودة في وحدة حجم من الهواء الرطب، ولكنها لا تشير إلى قدرة الهواء الرطب على امتصاص بخار الماء، أي درجة رطوبته. الرطوبة المطلقة هي كثافة بخار الماء في الهواء الرطب.
نسبة الكمية الفعلية لبخار الماء الموجودة في الهواء الرطب إلى أقصى كمية ممكنة من بخار الماء في نفس درجة الحرارة تسمى "الرطوبة النسبية"، والتي يتم التعبير عنها غالبًا بواسطة φ. تتراوح الرطوبة النسبية φ بين 0 و 100٪. كلما كانت قيمة φ أصغر، كان الهواء أكثر جفافًا وزادت قدرة امتصاص الماء؛ كلما كانت قيمة φ أكبر، كان الهواء رطبًا وضعف قدرة امتصاص الماء. ترتبط قدرة امتصاص الرطوبة للهواء الرطب أيضًا بدرجة حرارته. مع ارتفاع درجة حرارة الهواء الرطب، يزداد ضغط التشبع وفقًا لذلك. إذا ظل محتوى بخار الماء دون تغيير في هذا الوقت، فسوف تنخفض الرطوبة النسبية φ للهواء الرطب، أي أن قدرة امتصاص الرطوبة للهواء الرطب تزداد. لذلك، أثناء تركيب غرفة ضاغط الهواء، يجب الانتباه إلى الحفاظ على التهوية وخفض درجة الحرارة وعدم وجود تصريف وتراكم المياه في الغرفة لتقليل الرطوبة في الهواء.
٩. ما هو محتوى الرطوبة؟ كيف نحسبه؟
الإجابة: في الهواء الرطب، تُسمى كتلة بخار الماء الموجودة في كيلوغرام واحد من الهواء الجاف "محتوى الرطوبة"، وهو ما يُستخدم عادةً. لإثبات أن محتوى الرطوبة ω يتناسب تقريبًا مع الضغط الجزئي لبخار الماء Pso، ويتناسب عكسيًا مع الضغط الجوي الكلي p. يعكس ω بدقة كمية بخار الماء الموجودة في الهواء. إذا كان الضغط الجوي ثابتًا بشكل عام، فإن Pso يكون ثابتًا أيضًا عند ثبات درجة حرارة الهواء الرطب. في هذه الحالة، تزداد الرطوبة النسبية، ويزداد محتوى الرطوبة، وتنخفض قدرة امتصاص الرطوبة.
10. على ماذا تعتمد كثافة بخار الماء في الهواء المشبع؟
الإجابة: محتوى بخار الماء (كثافة بخار الماء) في الهواء محدود. في نطاق الضغط الديناميكي الهوائي (2 ميجا باسكال)، يمكن اعتبار أن كثافة بخار الماء في الهواء المشبع تعتمد فقط على درجة الحرارة ولا علاقة لها بضغط الهواء. كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت كثافة بخار الماء المشبع. على سبيل المثال، عند درجة حرارة 40 درجة مئوية، يكون للمتر المكعب الواحد من الهواء نفس كثافة بخار الماء المشبع بغض النظر عن ضغطه الذي يتراوح بين 0.1 ميجا باسكال أو 1.0 ميجا باسكال.
11. ما هو الهواء الرطب؟
الإجابة: يُسمى الهواء الذي يحتوي على كمية معينة من بخار الماء هواءً رطبًا، بينما يُسمى الهواء الخالي من بخار الماء هواءً جافًا. الهواء المحيط بنا هواء رطب. عند ارتفاع معين، يكون تركيب ونسبة الهواء الجاف مستقرًا بشكل أساسي، وليس له تأثير خاص على الأداء الحراري للهواء الرطب ككل. على الرغم من أن محتوى بخار الماء في الهواء الرطب ليس كبيرًا، إلا أن تغيره يؤثر بشكل كبير على خصائصه الفيزيائية. تُحدد كمية بخار الماء درجة جفاف الهواء ورطوبته. الهدف الرئيسي لضاغط الهواء هو الهواء الرطب.
12. ما هي الحرارة؟
الإجابة: الحرارة شكل من أشكال الطاقة. الوحدات المستخدمة عادةً هي: كيلوجول/(كجم·درجة مئوية)، كالوري/(كجم·درجة مئوية)، كيلوكالوري/(كجم·درجة مئوية)، إلخ. 1 كيلوكالوري = 4.186 كيلوجول، 1 كيلوجول = 0.24 كيلوكالوري.
وفقًا لقوانين الديناميكا الحرارية، تنتقل الحرارة تلقائيًا من الطرف ذي درجة الحرارة المرتفعة إلى الطرف ذي درجة الحرارة المنخفضة عبر الحمل الحراري والتوصيل والإشعاع وغيرها. في غياب استهلاك الطاقة الخارجي، لا يمكن عكس اتجاه الحرارة.
١٣. ما هي الحرارة المحسوسة؟ ما هي الحرارة الكامنة؟
الإجابة: في عملية التسخين أو التبريد، تُسمى الحرارة التي يمتصها الجسم أو يُطلقها عند ارتفاع درجة حرارته أو انخفاضها دون تغيير حالته الأصلية بالحرارة المحسوسة. ويمكن أن تُحدث هذه الحرارة تغيرات واضحة في البرودة والحرارة، والتي يُمكن قياسها عادةً باستخدام مقياس حرارة. على سبيل المثال، تُسمى الحرارة التي يمتصها الجسم عند رفع درجة حرارة الماء من 20 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية بالحرارة المحسوسة.
عندما يمتص جسم ما الحرارة أو يطلقها، تتغير حالته الطورية (مثل تحول الغاز إلى سائل...)، لكن درجة حرارته لا تتغير. تُسمى هذه الحرارة الممتصة أو المنطلقة بالحرارة الكامنة. لا يمكن قياس الحرارة الكامنة بمقياس حرارة، ولا يشعر بها جسم الإنسان، ولكن يمكن حسابها تجريبيًا.
بعد أن يطلق الهواء المشبع الحرارة، فإن جزءًا من بخار الماء سيتحول إلى ماء سائل، ولا تنخفض درجة حرارة الهواء المشبع في هذا الوقت، وهذا الجزء من الحرارة المنطلقة هو حرارة كامنة.
14. ما هي إنثالبي الهواء؟
الإجابة: تشير إنثالبية الهواء إلى إجمالي الحرارة الموجودة فيه، وتُقاس عادةً بوحدة كتلة الهواء الجاف. يُرمز للإنثالبية بالرمز ι.
١٥. ما هي نقطة الندى؟ وما علاقتها؟
الإجابة: نقطة الندى هي درجة الحرارة التي ينخفض عندها الهواء غير المشبع بدرجة حرارته مع الحفاظ على ثبات الضغط الجزئي لبخار الماء (أي الحفاظ على ثبات محتوى الماء المطلق) حتى يصل إلى التشبع. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى نقطة الندى، تترسب قطرات الماء المكثفة في الهواء الرطب. لا ترتبط نقطة الندى للهواء الرطب بدرجة الحرارة فحسب، بل ترتبط أيضًا بكمية الرطوبة فيه. تكون نقطة الندى عالية مع ارتفاع محتوى الماء، وتكون منخفضة مع انخفاض محتوى الماء. عند درجة حرارة معينة للهواء الرطب، كلما ارتفعت درجة حرارة نقطة الندى، زاد الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء الرطب، وزاد محتوى بخار الماء في الهواء الرطب. درجة حرارة نقطة الندى لها استخدام مهم في هندسة الضاغط. على سبيل المثال، عندما تكون درجة حرارة مخرج ضاغط الهواء منخفضة جدًا، سيتكثف خليط الزيت والغاز بسبب انخفاض درجة الحرارة في برميل الزيت والغاز، مما سيجعل زيت التشحيم يحتوي على الماء ويؤثر على تأثير التشحيم. لذلك، يجب تصميم درجة حرارة مخرج ضاغط الهواء لضمان أنها ليست أقل من درجة حرارة نقطة الندى تحت الضغط الجزئي المقابل.
وقت النشر: ١٧ يوليو ٢٠٢٣
