I-d-діаграма вологого повітря було розроблено російським ученим, професором Л.К. Рамзіним в 1918 р. На заході аналогом I-d-діаграми є діаграма Мольє або психрометрична діаграма. I-d-діаграма застосовується в розрахунках систем кондиціювання повітря, вентиляції та опалення та дозволяє швидко визначити всі параметри повітрообміну в приміщенні.
I-d-діаграма вологого повітря графічно пов'язує всі параметри, що визначають тепловологий стан повітря: ентальпію, вміст вологи, температуру, відносну вологість, парціальний тиск водяної пари. Використання діаграми дозволяє відобразити вентиляційний процес, уникаючи складних обчислень за формулами.
Основні властивості вологого повітря
Навколишній нас атмосферне повітряє сумішшю сухого повітря з водяною парою. Цю суміш називають вологим повітрям. Вологе повітря оцінюють за такими основними параметрами:
- Температура повітря сухим термометром tc, °C - характеризує ступінь його нагрівання;
- Температура повітря по мокрому термометру tм, °C - температура, до якої потрібно охолодити повітря, щоб воно стало насиченим при збереженні початкової ентальпії повітря;
- Температура точки роси повітря tp, °C - температура, до якої потрібно охолодити ненасичене повітря, щоб воно стало насиченим при збереженні постійного вмісту вологи;
- Вологовміст повітря d, г/кг – це кількість водяної пари в г (або кг), що припадає на 1 кг сухої частини вологого повітря;
- Відносна вологість повітря j, % - характеризує ступінь насиченості повітря водяними парами. Це відношення маси водяної пари, що містяться в повітрі, до максимально можливої їхньої маси в повітрі за тих же умов, тобто температури і тиску, і виражене у відсотках;
- Насичений стан вологого повітря – стан, у якому повітря насичений водяними парами до краю, йому j = 100 %;
- Абсолютна вологість повітря е, кг/м 3 - це кількість водяної пари в г, що містяться в 1 м 3 вологого повітря. Чисельно абсолютна вологість повітря дорівнює щільності вологого повітря;
- Питома ентальпія вологого повітря I, кдж/кг – кількість теплоти, необхідне нагрівання від 0 °З до цієї температури такої кількості вологого повітря, суха частина якого має масу 1 кг. Ентальпія вологого повітря складається з ентальпії сухої його частини та ентальпії водяної пари;
- Питома теплоємністьвологого повітря з кДж/(кг.К) – теплота, яку треба витратити на один кілограм вологого повітря, щоб підвищити температуру його на один градус Кельвіна;
- Парціальний тиск водяної пари Рп, Па - тиск, під яким знаходяться водяні пари у вологому повітрі;
- Повний барометричний тиск Рб, Па - дорівнює сумі парціальних тисків водяної пари і сухого повітря (відповідно до закону Дальтона).
Опис I-d-діаграми
По осі ординат діаграми відкладені значення ентальпії I, кДж/кг сухої частини повітря, осі абсцис, спрямованої під кутом 135° до осі I, відкладені значення вмісту вологи d, г/кг сухої частини повітря. Поле діаграми розбито лініями постійних значень ентальпії I = const і вміст вологи d = const. На нього нанесені також лінії постійних значень температури t = const, які не є паралельними між собою: чим вище температура вологого повітря, тим більше відхиляються вгору його ізотерми. Крім ліній постійних значень I, d, t, поле діаграми нанесені лінії постійних значень відносної вологості повітря φ = const. У нижній частині I-d-діаграми розташована крива, що має самостійну вісь ординат. Вона пов'язує вміст вологи d, г/кг, з пружністю водяної пари Рп, кПа. Вісь ординат цього графіка є шкалою парціального тиску водяної пари Рп. Все поле діаграми поділено лінією j = 100% на дві частини. Вище за цю лінію розташована область ненасиченого вологого повітря. Лінія j = 100% відповідає стану повітря, насиченого водяними парами. Нижче розташована область пересиченого стану повітря (область туману). Кожна точка на I-d-діаграмі відповідає певному тепловологому стану Лінія на I-d-діаграмі відповідає процесу тепловологості обробки повітря. Загальний вигляд I-d-діаграми вологого повітря представлений нижче у вкладеному PDF файлпридатний для друку у форматах А3 та А4.
Побудова процесів обробки повітря в системах кондиціювання та вентиляції на I-d-діаграмі.
Процеси нагрівання, охолодження та змішування повітря
На I-d-діаграмі вологого повітря процеси нагрівання та охолодження повітря зображуються променями по лінії d-const (рис. 2).
Мал. 2. Процеси сухого нагріву та охолодження повітря на I-d-діаграмі:
- В_1, В_2, - сухе нагрівання;
- В_1, В_3 - сухе охолодження;
- В_1, В_4, В_5 – охолодження із осушенням повітря.
Процеси сухого нагріву та сухого охолодження повітря на практиці здійснюють, застосовуючи теплообмінники (повітронагрівачі, калорифери, охолоджувачі повітря).
Якщо вологе повітря в теплообміннику охолоджується нижче за точку роси, то процес охолодження супроводжується випаданням конденсату з повітря на поверхні теплообмінника, і охолодження повітря супроводжується його осушенням.
I-d діаграмадля початківців (ID діаграма стану вологого повітря для чайників) March 15th, 2013
Оригінал взято у mrcynognathus в I-d діаграма для початківців (ID діаграма стану вологого повітря для чайників)
Доброго часу доби шановні колеги-початківці!
На самому початку свого професійного шляху я натрапив на цю діаграму. При першому погляді вона може здатися страшнуватою, але якщо розібратися в основних принципах, за якими вона працює, то можна її і полюбити: D. У побуті вона називається і-д діаграма.
У цій статті я спробую просто пояснити основні моменти, щоб ви потім відштовхуючись від отриманого фундаменту самостійно заглибилися в дану павутину характеристик повітря.
Приблизно так вона виглядає у підручниках. Якось моторошно стає.
Я приберу все те зайве, що не буде мені потрібним для мого пояснення і представлю діаграму в такому вигляді:
(Для збільшення малюнка необхідно клацнути і потім ще раз клацнути по ньому)
Все ще не зовсім зрозуміло, що це таке. Розберемо її на 4 елементи:
Перший елемент - вміст вологи (D або d). Але перш ніж я почну розмову про вологість повітря в цілому, я хотів би дещо з вами домовитися.
Давайте домовимося "на березі" відразу про одне поняття. Позбавимося одного стереотипу, що міцно засів у нас (принаймні, в мене) про те, що таке пара. З самого дитинства мені показували на киплячу каструлю або чайник і говорили, тикаючи пальцем на дим, що валяв із посудини: «Дивись! Ось це пара”. Але як багато людей, які дружать з фізикою, ми повинні розуміти, що “Водяна пара – газоподібний стан води. Не має кольори, смаку та запаху”. Це лише молекули H2O в газоподібному стані, яких не видно. А те, що ми бачимо, що валяє з чайника - це суміш води в газоподібному стані (пар) і "краплинка води в прикордонному стані між рідиною і газом", вірніше бачимо ми останнє. У результаті ми отримуємо, що в Наразі, навколо кожного з нас знаходиться сухе повітря (суміш кисню, азоту…) та пар (H2O).
Так ось, вміст вологи говорить нам про те, скільки цієї пари присутня в повітрі. На більшості і-д діаграм дана величина вимірюється [г/кг], тобто. скільки грам пари (H2O в газоподібному стані) знаходиться в одному кілограмі повітря (1 кубічний метр повітря у вашій квартирі важить близько 1,2 кілограма). У вашій квартирі для комфортних умов в 1 кілограмі повітря має бути 7-8 грамів пари.
На і-д діаграмі вміст вологи зображується вертикальними лініями, а інформація про градацію розташована в нижній частині діаграми:
(Для збільшення малюнка необхідно клацнути і потім ще раз клацнути по ньому)
Другий важливий розуміння елемент - температура повітря (T чи t). Думаю, тут нічого пояснювати не потрібно. На більшості і-д діаграм дана величина вимірюється градусах Цельсія [°C]. На і-д діаграмі температура зображується похилими лініями, а інформація про градацію розташована в лівій частині діаграми:
(Для збільшення малюнка необхідно клацнути і потім ще раз клацнути по ньому)
Третій елемент ІД-діаграми – відносна вологість (φ). Відносна вологість, це якраз та вологість, яку ми чуємо з телевізорів і радіо, коли слухаємо прогноз погоди. Вимірюється вона у відсотках [%].
Виникає резонне питання: "Чим відрізняється відносна вологість від вмісту вологи?" На це питання я відповім поетапно:
Перший етап:
Повітря здатне вміщати в собі певну кількість пари. У повітря є певна "парова вантажопідйомність". Наприклад, у вашій кімнаті кілограм повітря може "взяти на свій борт" не більше 15 грамів пари.
Припустимо, що у вашій кімнаті комфортно, і в кожному кілограмі повітря, що знаходиться у вашій кімнаті, є по 8 грамів пари, а вмістити кожен кілограм повітря в себе може по 15 грамів пари. У результаті отримуємо, що у повітрі перебуває 53,3% пари від максимально можливого, тобто. відносна вологість повітря – 53,3%.
Другий етап:
Місткість повітря різна за різних температур. Чим вище температура повітря, тим більше пари він може вмістити, чим нижче температура, тим менше місткість.
Припустимо, що ми нагріли повітря у вашій кімнаті звичайним нагрівачем з +20 до +30 градусів, але при цьому кількість пари в кожному кілограмі повітря залишилася колишньою - по 8 грам. При +30 градусах повітря може “взяти собі борт” до 27 грам пари, у результаті нашому нагрітому повітрі - 29,6% пари від максимально можливого, тобто. відносна вологість повітря – 29,6%.
Теж саме і з охолодженням. Якщо ми охолодимо повітря до +11 градусів, ми отримаємо “вантажопідйомність” рівну 8,2 грам пари на кілограм повітря та відносну вологість рівну 97,6%.
Зауважимо, що вологи у повітрі була однакова кількість – 8 грам, а відносна вологість стрибала від 29,6% до 97,6%. Відбувалося це через стрибки температури.
Коли ви взимку чуєте про погоду по радіо, де кажуть, що на вулиці мінус 20 градусів та вологість 80%, то це означає, що в повітрі близько 0,3 г пари. Потрапляючи до вас у квартиру це повітря нагрівається до +20 і відносна вологість такого повітря дорівнює 2%, а це дуже сухе повітря (насправді в квартирі взимку вологість тримається на рівні 20-30% завдяки виділенням вологи з сан-вузлів і від людей, але що теж нижче за параметри комфорту).
Третій етап:
Що станеться, якщо ми опустимо температуру до такого рівня, коли “вантажопідйомність” повітря буде нижчою за кількість пари в повітрі? Наприклад, до +5 градусів, де місткість повітря дорівнює 5,5 г/кілограм. Та частина газоподібного H2O, яка не вміщається в "кузов" (у нас це 2,5 г), почне перетворюватися на рідину, тобто. у воду. У побуті особливо добре видно цей процес, коли пітніють вікна у зв'язку з тим, що температура скла нижче, ніж Середня температурав кімнаті, на стільки що волозі стає мало місця в повітрі і пара, перетворюючись на рідину, осідає на шибках.
На і-д діаграмі відносна вологість зображується вигнутими лініями, а інформація про градацію розташована на самих лініях:(Для збільшення малюнка необхідно клацнути і потім ще раз клацнути по ньому)
Четвертий елементID діаграми - ентальпія (I абоi). В ентальпії закладена енергетична складова тепловологого стану повітря. При подальшому вивченні (за межами цієї статті) варто звернути на неї особливу увагу, коли йтиметься про осушення та зволоження повітря. Але поки що особливої уваги на цьому елементі ми загострювати не будемо. Вимірюється ентальпія [кДж/кг]. На і-д діаграмі ентальпія зображується похилими лініями, а інформація про градацію розташована на самому графіку (або зліва та у верхній частині діаграми):
(Для збільшення малюнка необхідно клацнути і потім ще раз клацнути по ньому)
Далі все просто! Користуватись діаграмою легко! Візьмемо, наприклад, вашу комфортну кімнату, в якій температура +20 ° С, та відносна вологість 50%. Знаходимо перетин цих двох ліній (температури і вологості) і дивимося скільки грам пари в нашому повітрі.
Нагріваємо повітря до +30°С - лінія йде нагору, т.к. вологи в повітрі залишається стільки ж, а збільшується лише температура, ставимо крапку, дивимося яка виходить відносна вологість – вийшло 27,5%.
Охолоджуємо повітря до 5 градусів - знову ж таки ведемо вертикальну лінію вниз, і в районі +9,5°С натикаємося на лінію 100% відносної вологості. Ця точка називається "точка роси" і в цій точці (теоретично, тому що практично випадання починається трохи раніше) починається випадання конденсату. Нижче вертикальної прямої (як раніше) ми можемо рухатися, т.к. у цій точці “вантажопідйомність” повітря за температури +9,5°С максимальна. Але нам необхідно охолодити повітря до +5°С, тому ми продовжуємо рух уздовж лінії відносної вологості (зображено на малюнку нижче), поки не досягнемо похилої прямої лінії +5°С. У результаті наша остаточна точка опинилася на перетині ліній температури +5 ° С та лінії відносної вологості 100%. Подивимося скільки пари залишилося у нашому повітрі – 5,4 грама в одному кілограмі повітря. А решта 2,6 грама виділилися. Наше повітря осушилося.(Для збільшення малюнка необхідно клацнути і потім ще раз клацнути по ньому)
Інші процеси, які можна виконувати з повітрям за допомогою різних приладів (осушення, охолодження, зволоження, нагрівання…) можна знайти у підручниках.
Крім точки роси – ще однією важливою точкою є “температура мокрого термометра”. Ця температураактивно використовується для градирень. Грубо кажучи, це та точка, до якої може впасти температура предмета, якщо ми цей предмет обернемо в мокру ганчірку та інтенсивно почнемо на нього “дути”, наприклад, за допомогою вентилятора. За цим принципом працює система терморегуляції людини.
Як знайти цю точку? Для цього нам знадобляться лінії ентальпії. Знову візьмемо нашу комфортну кімнату, знайдемо точку перетину лінії температури +20°С та відносної вологості 50%. З цієї точки необхідно прокреслити лінію, паралельну до ліній ентальпії до лінії вологості 100% (як на малюнку нижче). Точка перетину лінії ентальпії та лінії відносної вологості і буде точкою мокрого термометра. У нашому випадку з цієї точки ми можемо дізнатися, що в нашій кімнаті таким чином ми можемо охолодити предмет до температури +14°С.(Для збільшення малюнка необхідно клацнути і потім ще раз клацнути по ньому)
Промінь процесу(кутовий коефіцієнт, тепловлажностное відношення, ε ) будується у тому щоб визначити зміна повітря від одночасного виділення деяким джерелом(-ами) тепла і вологи. Зазвичай, цим джерелом є людина. Очевидна річ, але розуміння процесів і-ддіаграми допоможе виявити можливу арифметичну помилку, якщо така сталася. Наприклад, якщо ви наносите промінь на діаграму і за звичайних умов і наявності людей у вас зменшується вміст вологи або температура, то тут варто задуматися і перевірити розрахунки.
У цій статті багато спрощено для кращого розуміння діаграми на стадії її вивчення. Точнішу, більш докладну та наукову інформацію необхідно шукати у навчальній літературі.
P. S. У деяких джерелах2018-05-15
У радянський часу підручниках з вентиляції та кондиціювання, а також у середовищі інженерів-проектувальників та наладчиків i-d-діаграма зазвичай іменувалася як «діаграма Рамзіна» - на честь Леоніда Костянтиновича Рамзіна, великого радянського вченого теплотехніка, науково-технічна діяльність якого була багатогранна наукових питань теплотехніки Водночас у більшості західних країн вона завжди мала назву «діаграма Мольє».
i-d-діаграма як досконалий інструмент
27 червня 2018 року виповнюється 70 років від дня смерті Леоніда Костянтиновича Рамзіна, великого радянського вченого теплотехніка, науково-технічна діяльність якого була багатогранна та охоплювала широке коло наукових питань теплотехніки: теорії проектування теплосилових та електричних станцій, аеродинамічного та гідродинамічного розрахунку котельних. випромінювання палива в топках, теорії сушильного процесу, а також вирішення багатьох практичних проблем, наприклад, ефективне використання підмосковного вугілля як паливо. До дослідів Рамзіна дане вугілля вважалося незручним для використання.
Одна з численних робіт Рамзіна була присвячена питанню змішування сухого повітря та водяної пари. Аналітичний розрахунок взаємодії сухого повітря і водяної пари є досить складним математичним завданням. Але існує i-d-діаграми. Її застосування полегшує розрахунок так само, як i-s-діаграма знижує трудомісткість розрахунку парових турбін та інших парових машин.
Сьогодні роботу проектувальника або інженера-наладчика з кондиціювання повітря важко уявити без використання i-d-діаграми. З її допомогою можна графічно уявити та розрахувати процеси обробки повітря, визначити потужність холодильних установок, детально проаналізувати процес сушіння матеріалів, визначити стан вологого повітря на кожній стадії його обробки. Діаграма дозволяє швидко і наочно розрахувати повітрообмін приміщення, визначити потребу кондиціонерів у холоді або теплоті, виміряти витрату конденсату при роботі охолоджувача повітря, вирахувати потрібну витрату води при адіабатному охолодженні, визначити температуру точки роси або температуру мокрого термометра.
За радянських часів у підручниках з вентиляції та кондиціювання, а також у середовищі інженерів-проектувальників та наладчиків i-d-діаграма зазвичай називалася як «діаграма Рамзіна». Водночас у низці західних країн — Німеччині, Швеції, Фінляндії та багатьох інших — вона завжди мала назву «діаграма Мольє». З часом технічні можливості i-d-діаграми постійно розширювалися та вдосконалювалися. Сьогодні завдяки ній проводяться розрахунки станів вологого повітря в умовах змінного тиску, перенасиченого вологою повітря, області туманів, поблизу поверхні льоду і т.д. .
Вперше повідомлення про i-d-діаграма з'явилася в 1923 році в одному з німецьких журналів. Автором статті був відомий у Німеччині вчений Ріхард Мольє. Минуло кілька років, і раптом у 1927 році в журналі Всесоюзного теплотехнічного інституту з'явилася стаття директора інституту професора Рамзіна, в якій він практично повторюючи i-d-діаграму з німецького журналу і всі аналітичні викладки Молье, що там наводяться, оголошує себе автором цієї діаграми. Рамзін пояснює це тим, що ще у квітні 1918 року він у Москві на двох публічних лекціях у Політехнічному товаристві демонстрував подібну діаграму, яка наприкінці 1918 року була видана Тепловим комітетом Політехнічного товариства у літографованому вигляді. У такому вигляді, пише Рамзін, діаграма в 1920 широко застосовувалася ним в МВТУ в якості навчального посібникапід час читання лекцій.
Сучасним шанувальникам професора Рамзіна хотілося б вірити, що він був першим у розробці діаграми, тому у 2012 році група викладачів кафедри теплогазопостачання та вентиляції Московської державної академіїкомунального господарства та будівництва спробувала у різних архівах відшукати документи, що підтверджують викладені Рамзіним факти першості. На жаль, жодних прояснювальних матеріалів за період 1918-1926 років у доступних викладачам архівам виявити не вдалося.
Щоправда, слід зазначити, що період творчої діяльності Рамзіна припав на важкий для країни час, і якісь ротопринтні видання, а також чернетки лекцій з діаграми могли бути втрачені, хоча решта його наукових розробок, навіть рукописні, добре збереглася.
Ніхто з колишніх студентів професора Рамзіна, крім М. Ю. Лур'є, також не залишив жодних відомостей про діаграму. Лише інженер Лур'є, як керівник сушильної лабораторії Всесоюзного теплотехнічного інституту, підтримав і доповнив свого начальника — професора Рамзіна — у статті, вміщеній в тому самому журналі ВТІ за 1927 рік.
При розрахунку параметрів вологого повітря обидва автори, Л. К. Рамзін і Ріхард Мольє, з достатньою мірою точності вважали, що до вологого повітря можна застосувати закони ідеальних газів. Тоді за законом Дальтона барометричний тиск вологого повітря можна подати як суму парціальних тисків сухого повітря та водяної пари. А рішення системи рівнянь Клайперону для сухого повітря і водяної пари дозволяє встановити, що вміст вологи при даному барометричному тиску залежить тільки від парціального тиску водяної пари.
Діаграма як Мольє, так і Рамзіна побудована в косокутній системі координат з кутом 135° між осями ентальпії та вмісту вологи і базується на рівнянні ентальпії вологого повітря, віднесеної до 1 кг сухого повітря: i = i c + iп d, де i c і iп — ентальпія сухого повітря та водяної пари, відповідно, кДж/кг; d- Вологовміст повітря, кг / кг.
Згідно з даними Молье і Рамзіна, відносна вологість повітря є відношенням маси водяної пари в 1 м³ вологого повітря до максимально можливої маси водяної пари в тому ж обсязі цього повітря при тій же температурі. Або ж, приблизно, відносну вологість можна представити як відношення парціального тиску пари в повітрі в ненасиченому стані до парціального тиску пари в тому ж повітрі в насиченому стані.
На підставі наведених вище теоретичних передумов у системі косокутних координат і було складено i-d-діаграма для певного барометричного тиску.
По осі ординат відкладені значення ентальпії, по осі абсцис, спрямованої під кутом 135° до ординати, - значення вмісту вологи сухого повітря, а також нанесені лінії температури, вмісту вологи, ентальпії, відносної вологості, дана шкала парціального тиску водяної пари.
Як зазначалося вище, i-d-Діаграма була складена для певного барометричного тиску вологого повітря. Якщо ж барометричний тиск змінюється, то на діаграмі лінії вмісту вологи і ізотерм зберігаються на своїх місцях, але значення ліній відносної вологості змінюються пропорційно барометричному тиску. Так, наприклад, якщо барометричний тиск повітря зменшиться вдвічі, то на i-d-діаграмі на лінії відносної вологості 100% слід написати вологість 50%.
Біографія Ріхарда Мольє підтверджує, що i-d-Діаграма була не першою складеною ним розрахунковою діаграмою. Він народився 30 листопада 1863 року в італійському місті Трієсті, яке входило до багатонаціональної Австрійської імперії, керованої Габсбурзькою монархією. Його батько, Едуард Мольє, спочатку був судновим інженером, потім став директором та співвласником місцевої машинобудівної фабрики. Мати, уроджена фон Дік, походила з аристократичної сім'ї з міста Мюнхена.
Закінчивши в 1882 році в Трієсті з відзнакою гімназію, Ріхард Мольє почав навчатися спочатку в університеті в місті Грац, а потім перевівся до Мюнхенського технічний університет, де багато уваги приділяв математиці та фізиці. Улюбленими його викладачами були професори Моріс Шрьотер та Карл фон Лінде. Після успішного завершення навчання в університеті та короткої інженерної практики на підприємстві свого батька Ріхард Мольє у 1890 році в Мюнхенському університеті був зарахований асистентом Моріса Шрьотера. Його перша наукова робота у 1892 році під керівництвом Моріса Шрьотера була пов'язана з побудовою теплових діаграм для курсу теорії машин. Через три роки Мол'є захистив докторську дисертацію, присвячену питанням ентропії пари.
З самого початку інтереси Ріхарда Мольє були зосереджені на властивостях термодинамічних систем та можливості достовірного представлення теоретичних розробок у вигляді графіків та діаграм. Багато колег вважали його чистим теоретиком, оскільки замість проведення власних експериментів він спирався у своїх дослідженнях на емпіричні дані інших. Але насправді він був якоюсь «сполучною ланкою» між теоретиками (Рудольф Клаузіус, Дж. У. Гіббс та ін) та практичними інженерами. У 1873 році Гіббс як альтернатива аналітичним розрахункам запропонував t-s-Діаграму, на якій цикл Карно перетворювався на простий прямокутник, завдяки чому з'явилася можливість легко оцінювати ступінь апроксимації реальних термодинамічних процесів по відношенню до ідеальних. Для цієї діаграми 1902 року Молье запропонував використовувати поняття «ентальпії» — певної функції стану, яка на той час була ще маловідома. Термін «ентальпія» був раніше за пропозицією голландського фізика та хіміка Хейке Камерлінга-Оннеса (лауреата Нобелівської премії з фізики 1913) вперше введений у практику теплових розрахунків Гіббсом. Подібно до «ентропії» (цей термін був запропонований у 1865 році Клаузіусом), ентальпія є абстрактною властивістю, яка не може бути безпосередньо виміряна.
p align="justify"> Велика гідність цього поняття полягає в тому, що воно дозволяє описувати зміна енергії термодинамічного середовища без урахування відмінності між теплотою і роботою. Використовуючи цю функцію стану, Молье запропонував у 1904 році діаграму, що відображає взаємозв'язок ентальпії та ентропії. У нашій країні вона відома як i-s-діаграми. Ця діаграма, зберігаючи більшість переваг t-s-діаграми, дає деякі додаткові можливості, дозволяє напрочуд просто ілюструвати сутність як першого, так і другого законів термодинаміки. Вкладаючи зусилля у широкомасштабну реорганізацію термодинамічної практики, Ріхард Мольє розробив цілу систему термодинамічних розрахунків, що ґрунтуються на використанні поняття ентальпії. Як базу для цих розрахунків він використовував різні графіки та діаграми властивостей пари та низки холодоагентів.
У 1905 році німецький дослідник Мюллер для наочного вивчення процесів обробки вологого повітря побудував діаграму у прямокутній системі координат із температури та ентальпії. Ріхард Мольє в 1923 році вдосконалив цю діаграму, зробивши її косокутною з осями ентальпії та вмісту вологи. У такому вигляді діаграма практично дожила до наших днів. За своє життя Мол'є опублікував результати низки важливих досліджень з питань термодинаміки, виховав цілу плеяду видатних вчених. Його учні, такі як Вільгельм Нуссельт, Рудольф Планк та інші, зробили низку фундаментальних відкриттів у галузі термодинаміки. Помер Ріхард Мольє у 1935 році.
Л. К. Рамзін був на 24 роки молодший за Мол'є. Біографія його цікава та трагічна. Вона тісно пов'язана з політичною та економічною історією нашої країни. Він народився 14 жовтня 1887 року в селі Соснівка Тамбовської області. Його батьки, Параска Іванівна та Костянтин Пилипович, були вчителями земської школи. Закінчивши Тамбовську гімназію із золотою медаллю, Рамзін вступив до Вищого Імператорського технічного училища (пізніше МВТУ, зараз МДТУ). Ще будучи студентом, він бере участь у наукових працяхпід керівництвом професора В. І. Гриневецького. У 1914 році він, з відзнакою завершивши навчання та отримавши диплом інженера-механіка, був залишений в училищі для наукової та викладацької роботи. Не минуло й п'яти років, як ім'я Л. К. Рамзіна стало згадуватися в одному ряду з такими відомими російськими вченими-теплотехніками, як В. І. Гриневецький та К. В. Кірш.
У 1920 році Рамзін обирається професором МВТУ, де завідує кафедрами «Паливо, топки та котельні установки» та «Теплові станції». У 1921 році він стає членом Держплану країни і залучається до роботи над планом ГОЕРЛО, де його внесок був виключно вагою. Одночасно Рамзін є активним організатором створення Теплотехнічного інституту (ВТІ), директором якого був з 1921 до 1930 року, а також його науковим керівником з 1944 по 1948 роки. У 1927 році він призначається членом Всесоюзної радинародного господарства (ВРНГ), що масштабно займається питаннями теплопостачання та електрифікації всієї країни, виїжджає у важливі закордонні відрядження: до Англії, Бельгії, Німеччини, Чехословаччини, США.
Але ситуація наприкінці 1920-х років у країні розпалюється. Після смерті Леніна різко загострюється боротьба влади між Сталіним і Троцьким. Ворогуючі сторони заглиблюються в нетрі антагоністичних суперечок, заклинаючи один одного ім'ям Леніна. Троцький як народний комісар оборони має на своєму боці армію, його підтримують профспілки на чолі з їх лідером М. П. Томським, який виступає проти сталінського плану підпорядкування профспілок партії, захищаючи автономію профспілкового руху. На боці Троцького практично вся російська інтелігенція, яка незадоволена господарськими невдачами і розрухою в країні більшовизму, що переміг.
Ситуація сприяє планам Льва Троцького: у керівництві країною намітилися розбіжності між Сталіним, Зінов'євим і Каменєвим, помирає головний ворог Троцького — Дзержинський. Але Троцький тим часом не використовує свої переваги. Противники, користуючись його нерішучістю, в 1925 знімають його з посади народного комісара оборони, позбавляючи контролю над Червоною армією. Через деякий час Томського звільняють від керівництва профспілками.
Спроба Троцького 7 листопада 1927 року, у день святкування десятиліття Жовтневої революції, Вивести на вулиці Москви своїх прихильників не вдалося.
А становище у країні продовжує погіршуватися. Провали та невдачі соціально-економічної політики в країні змушують партійне керівництво СРСР перекласти провину за зриви темпів індустріалізації та колективізації на «шкідників» з числа «класових ворогів».
До кінця 1920-х років промислове обладнання, що залишилося в країні ще з царських часів, що пережило революцію, громадянську війнута господарську розруху, перебувало у жалюгідному стані. Результатом цього стало збільшення кількості аварій і катастроф: у вугільній промисловості, на транспорті, в міському господарстві та інших областях. А якщо є катастрофи, то мають бути й винуватці. Вихід було знайдено: у всіх неприємностях, що відбуваються в країні, винна технічна інтелігенція — шкідники-інженери. Ті самі, котрі всіма силами намагалися цих неприємностей не допускати. Інженерів почали судити.
Першою була гучна «Шахтинська справа» 1928 року, потім були процеси з наркомату шляхів сполучення та золоторудної промисловості.
Настала черга «справи Промпартії» — великого судового процесу за сфабрикованими матеріалами у справі про шкідництво у 1925-1930 роках у промисловості та на транспорті, нібито задуманою та виконаною антирадянською підпільною організацією, відомою під назвами «Союз інженерних організацій», «Рада Спілки інженерних організацій» », «Промислова партія».
За даними слідства, до складу центрального комітету «Промпартії» входили інженери: П. І. Пальчинського, якого було розстріляно за вироком колегії ОГПУ у справі про шкідництво у золотоплатиновій промисловості, Л. Г. Рабіновича, якого було засуджено у «Шахтинській справі», та С. А. Хренніков, який помер під час слідства. Після них главою «Промпартії» було оголошено професора Л. К. Рамзіна.
І ось у листопаді 1930 року в Москві, у Колонній залі Будинку Союзів, спеціальна судова присутність Верховної Ради СРСР під головуванням прокурора А. Я. Вишинського розпочинає відкрите слухання у справі контрреволюційної організації «Союзу інженерних організацій» («Промислова партія»), центр керівництва та фінансування якої нібито перебував у Парижі та складався з колишніх російських капіталістів: Нобеля, Манташева, Третьякова, Рябушинського та інших. Головним обвинувачем на суді виступає М. В. Криленко.
На лаві підсудних вісім осіб: керівники відділів Держплану, найбільших підприємств та навчальних закладів, професора академій та інститутів, включаючи Рамзіна. Звинувачення стверджує, що «Промпартія» планувала держпереворот, що обвинувачені навіть розподіляли посади у майбутньому уряді — наприклад, на посаду міністра промисловості та торгівлі планувався мільйонер Павло Рябушинський, з яким Рамзін, перебуваючи у закордонному відрядженні в Парижі, нібито вів таємні переговори. Після публікації обвинувального висновку іноземні газети повідомляли, що Рябушинський помер ще 1924 року, задовго до можливого контакту з Рамзіним, але такі повідомлення не бентежили слідство.
Цей процес відрізнявся від багатьох інших тим, що державний обвинувач Криленко грав тут не найголовнішу роль, жодних документальних підтверджень він не міг уявити, оскільки їх не було в природі. Фактично, головним обвинувачем став сам Рамзін, який зізнався у всіх звинуваченнях, а також підтвердив участь усіх обвинувачених у контрреволюційних діях. Фактично, Рамзін став автором звинувачень своїх товаришів.
Як показують відкриті архіви, Сталін уважно стежив за перебігом судового процесу. Ось що він пише в середині жовтня 1930 начальнику ОГПУ В. Р. Менжинському: « Мої пропозиції: зробити одним із найважливіших вузлових пунктів у показаннях верхівки ТКП “Промпартія” і особливо Рамзіна питання про інтервенцію та терміни інтервенції… необхідно залучити до справи інших членів ЦК “Промпартії” і допитати їх найсуворіше про те, давши їм прочитати свідчення Рамзіна …».
Усі визнання Рамзіна було покладено основою обвинувального ув'язнення. На суді всі обвинувачені зізналися у всіх злочинах, які їм було пред'явлено, аж до зв'язку з французьким прем'єром Пуанкаре. Глава французького уряду виступив із спростуванням, яке навіть було опубліковано в газеті «Правда» і оголошено на процесі, але наслідком ця заява була долучена до справи як заява відомого супротивника комунізму, що доводить існування змови. П'ятьох обвинувачених, зокрема Рамзіна, засудили до розстрілу, потім заміненого на десять років таборів, решту трьох — до восьми років таборів. Усіх їх було відправлено відбувати покарання, і всі вони, крім Рамзіна, загинули в таборах. Рамзіну ж було надано можливість повернутися до Москви і в ув'язненні продовжити свою роботу з розрахунку та конструювання прямоточного котла великої потужності.
Для реалізації цього проекту в Москві на базі Бутирської в'язниці в районі нинішньої Автозаводської вулиці було створено «Особливе конструкторське бюро прямоточного котлобудування» (одна з перших «шарок»), де під керівництвом Рамзіна із залученням вільних фахівців із міста вели конструкторські роботи. До речі, одним із вільних інженерів, що залучаються до цієї роботи, був майбутній професор МІСД імені В. В. Куйбишева М. М. Щеголєв.
І ось 22 грудня 1933 прямоточний котел Рамзіна, виготовлений на Невському машинобудівному заводі ім. Леніна, продуктивністю 200 тонн пари на годину, що має робочий тиск 130 атм і температуру 500 °C, було введено в експлуатацію в Москві на ТЕЦ-ОТІ (нині «ТЕЦ-9»). Декілька аналогічних котелень за проектом Рамзіна було збудовано в інших районах. 1936 року Рамзіна повністю звільнили. Він став завідувати новоствореною кафедрою котлобудування в Московському енергетичному інституті, а також був призначений науковим керівником ВТІ. Влада нагородила Рамзіна Сталінською премією першого ступеня, орденами Леніна та Трудового Червоного Прапора. Тоді такі нагороди дуже високо цінувалися.
ВАК СРСР присудив Л. К. Рамзіну вчений ступінь доктора технічних наук без захисту дисертації.
Проте громадськість не пробачила Рамзіну його поведінки на суді. Навколо нього виникла крижана стіна, багато колег не подавали йому руки. У 1944 році він за рекомендацією відділу науки ЦК ВКП(б) був висунутий до членів-кореспондентів АН СРСР. На таємному голосуванні в Академії він отримав 24 голоси проти і лише один за. Рамзін був повністю зламаний, морально знищений, життя йому закінчилося. Помер він 1948 року.
Порівнюючи наукові розробки та біографії цих двох вчених, які працювали практично одночасно, можна припустити, що i-d-Діаграма для розрахунку параметрів вологого повітря, швидше за все, була народжена на німецькій землі. Дивує те, що професор Рамзін став претендувати на авторство i-d-діаграми лише через чотири роки після появи статті Ріхарда Мольє, хоча завжди уважно стежив за новою технічною літературою, зокрема іноземною. У травні 1923 року на засіданні Теплотехнічної секції Політехнічного товариства при Всесоюзній асоціації інженерів він навіть виступав із науковою доповіддю про свою поїздку до Німеччини. Будучи в курсі робіт німецьких учених, Рамзін, ймовірно, хотів використати їх у себе на батьківщині. Можливо, що він мав спроби паралельно вести аналогічні науково-практичні роботи в МВТУ в цій галузі. Але жодної заявкової статті щодо i-d-діаграмі в архівах поки що не виявлено. Збереглися чернетки його лекцій з теплосилових станцій, з випробування різних паливних матеріалів, з економіки конденсаційних установок тощо. І жодного, навіть чорнового запису по i-d-Діаграма, написана ним до 1927 року, поки не знайдено. Ось і доводиться, незважаючи на патріотичні почуття, робити висновки, що автором i-d-діаграми є саме Ріхард Мольє.
- Нестеренко О.В., Основи термодинамічних розрахунків вентиляції та кондиціювання повітря. - М: вища школа, 1962.
- Михайлівський Г.А. Термодинамічні розрахунки процесів парогазових сумішей. - М.-Л.: Машгіз, 1962.
- Воронін Г.І., Вербе М.І. Кондиціювання повітря на літальних апаратах. - М: Машгіз, 1965.
- Прохоров В.І. Системи кондиціювання повітря із повітряними холодильними машинами. - М.: Будвидав, 1980.
- Mollier R. Ein neues. Diagramm fu?r Dampf-Luftgemische. Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure. 1923. No. 36.
- Рамзін Л.К. Розрахунок сушарок в i-d-діаграмі. - М: Известия теплотехнічного інституту, №1(24). 1927.
- Гусєв А.Ю., Єлховський А.Є., Кузьмін М.С., Павлов Н.М. Загадка i-d-діаграми // АВОК, 2012. №6.
- Лур'є М.Ю. Спосіб побудови i-d-діаграми професора Л. К. Рамзіна та допоміжні таблиці для вологого повітря. - М: Известия теплотехнічного інституту, 1927. №1(24).
- Удар із контрреволюції. Обвинувальний висновок у справі контрреволюційної організації Спілки інженерних організацій (Промислова партія). – М.-Л., 1930.
- Процес «Промпартії» (з 25.11.1930 до 07.12.1930). Стенограма судового процесу та матеріали, долучені до справи. - М., 1931.
Для практичних цілей найбільш важливо розрахувати час охолодження вантажу за допомогою обладнання, що є на борту судна. Оскільки можливості суднової установки зі зрідження газів багато в чому визначають час стоянки судна в порту, знання цих можливостей дозволить заздалегідь планувати час стоянки, уникати непотрібних простоїв, а значить і претензій до судна.
Діаграма Мольє. яка наводиться нижче (рис. 62), розрахована тільки для пропану, але метод її використання для всіх газів однаковий (рис. 63).
На діаграмі Молье використовується логарифмічна шкала абсолютного тиску (р log) - на вертикальній осі, на горизонтальній осі h - натуральна шкала питомої ентальпії (див. рис. 62, 63). Тиск - в МПа, 0,1 МПа = 1 бар, тому надалі використовуватимемо бари. Питома ентальпія вимірюється п кДж/кг. Надалі при вирішенні практичних завдань постійно використовуватимемо діаграму Молье (але тільки її схематичне зображення для того, щоб зрозуміти фізику теплових процесів, що відбуваються з вантажем).
На діаграмі можна легко помітити свого роду сачок, утворений кривими. Межі цього «сачка» окреслюють прикордонні криві зміни агрегатних станів зрідженого газу, що відображають перехід РІДКОСТІ до насиченої пари. Все, що знаходиться зліва від «сачка», відноситься до переохолодженої рідини, а все те, що праворуч від «сачка», – до перегрітої пари (див. рис 63).
Простір між цими кривими є різними станами суміші насичених парів пропану і рідини, що відображають процес фазового переходу. На ряді прикладів розглянемо практичне використання діаграми Молье.
Приклад 1: Проведіть лінію, яка відповідає тиску в 2 бари (0,2 МРа), через ділянку діаграми, що відображає зміну фаз (рис. 64).
Для цього визначимо ентальпію для 1 кг киплячого пропану при абсолютному тиску 2 бари.
Як зазначалося вище, киплячий рідкий пропан характеризується лівою кривою діаграми. У нашому випадку це буде точка А,Провівши з точки Авертикальну лінію до шкали А, визначимо значення ентальпії, що становитиме 460 кДж/кг. Це означає, що кожен кілограм пропана в даному стані (у точці кипіння при тиску 2 бар) володіє енергією в 460 кДж. Отже, 10 кг пропану володітимуть ентальпією 4600 кДж.
Далі визначимо величину ентальпії для насиченої сухої пари пропану при тому ж тиску (2 бару). Для цього проведемо вертикальну лінію з точки Удо перетину зі шкалою ентальпії. В результаті знайдемо, що максимальне значення ентальпії для 1 кг пропану у фазі насиченої пари складе 870 кДж. Всередині діаграми
* Для розрахунків використовуються дані з термодинамічних таблиць пропану (див. Додатки).
Мал. 64. Наприклад 1 Рис. 65. Наприклад 2
У 
дільна ентальпія, кДж/кг (ккал/кг)
Мал. 63. Основні криві діаграми Молье
(рис. 65) лінії, спрямовані з точки критичного стану газу вниз, відображають кількість частин газу та рідини у фазі переходу. Іншими словами, 0,1 означає, що суміш містить 1 частину парів газу та 9 частин рідини. У точці перетину тиску насиченої пари і цих кривих визначимо склад суміші (її сухість або вологість). Температура переходу стала протягом всього процесу конденсації або пароутворення. Якщо пропан знаходиться в замкнутій системі (у вантажному танку), в ній є і рідка і газоподібна фази вантажу. Можна визначити температуру рідини, знаючи тиск пари, а тиск пари - за температурою рідини. Тиск і температура пов'язані між собою, якщо рідина та пара знаходяться у рівноважному стані в замкнутій системі. Зауважимо, що криві температури, розташовані в лівій частині діаграми, опускаються майже вертикально вниз, перетинають фазу пароутворення в горизонтальному напрямку і праворуч діаграми знову опускаються вниз майже вертикально.
П р і м е р 2: Припустимо, що є 1 кг пропану у стадії зміни фаз (частина пропана рідина, частина - пар). Тиск насиченої пари становить 7,5 бар, а ентальпія суміші (пар-рідина) дорівнює 635 кДж/кг.
Необхідно визначити, яка частина пропану знаходиться у рідкій фазі, а яка у газоподібній. Відкладемо на діаграмі насамперед відомі величини: тиск пари (7,5 бар) та ентальпію (635 кДж/кг). Далі визначимо точку перетину тиску та ентальпії – вона лежить на кривій, яка позначена 0,2. І це, своєю чергою, означає, що ми маємо пропан у стадії кипіння, причому 2 (20%) частини пропану перебувають у газоподібному стані, а 8 (80%) перебувають у рідкому.
Також можна визначити манометричний тиск рідини в танку, температура якої 60 ° F, або 15,5 ° С (для переведення температури використовуватимемо таблицю термодинамічних характеристик пропану з Додатку).
При цьому необхідно пам'ятати, що цей тиск менший за тиск насиченої пари (абсолютного тиску) на величину атмосферного тиску, що дорівнює 1,013 мбару. Надалі для спрощення розрахунків ми використовуватимемо значення атмосферного тиску, що дорівнює 1 бару. У нашому випадку тиск насиченої пари, або абсолютний тиск, дорівнює 7,5 бар, тому манометричний тиск в танку складе 6,5 бар.
Мал. 66. Наприклад 3
Раніше згадувалося, що рідина і пари в рівноважному стані знаходяться в замкнутій системі при одній і тій же температурі. Це вірно, проте на практиці можна помітити, що пари, що знаходяться у верхній частині танка (в куполі), мають температуру значно вищу, ніж температура рідини. Це зумовлено нагріванням танка. Однак такий нагрівання не впливає на тиск у танку, який відповідає температурі рідини (точніше, температурі на поверхні рідини). Пари безпосередньо над поверхнею рідини мають ту саму температуру, що і сама рідина на поверхні, де саме відбувається зміна фаз речовини.Як видно із рис. 62-65, на діаграмі Молье криві щільності спрямовані з нижнього лівого кута діаграми «сачка» в правий верхній кут. Значення густини на діаграмі може бути дано в Ib/ft 3 . Для перерахунку СІ використовується переказний коефіцієнт 16,02 (1,0 Ib/ft 3 = 16,02 кг/м 3).
Приклад 3: У цьому прикладі використовуватимемо криві щільності. Потрібно визначити щільність перегрітої пари пропану при абсолютному тиску 0,95 бар і температурі 49 ° С (120 ° F). 
Також визначимо питому ентальпію цих пар.
Рішення прикладу видно із рис 66.
У прикладах використовуються термодинамічні характеристики одного газу - пропану.
У подібних розрахунках для будь-якого газу змінюватимуться лише абсолютні величини термодинамічних параметрів, принцип же залишається той самий для всіх газів. Надалі для спрощення, більшої точності розрахунків і скорочення часу будемо використовувати таблиці термодинамічних властивостей газів.
Практично всю інформацію, закладену в діаграму Молье, наведено у табличній формі.
З 
За допомогою таблиць можна знайти значення параметрів вантажу, але важко. Мал. 67. Наприклад 4 уявити, як іде процес. . охолодження, якщо не використовувати хоча б схематичне відображення діаграми p-
h.
Приклад 4: У вантажному танку при температурі -20" З знаходиться пропан. Необхідно визначити якомога точніше тиск газу в танку при даній температурі. Далі необхідно визначити щільність і ентальпію парів і рідини, а також різницю "ентальпії між рідиною і парами. Пари над поверхнею рідини перебувають у стані насичення за тієї ж температурі, як і сама рідина. Атмосферний тиск становить 980 млбар. Потрібно побудувати спрощену діаграму Молье та відобразити всі параметри на ній.
Використовуючи таблицю (див. Додаток 1), визначаємо тиск насиченої пари пропану. Абсолютний тиск парів пропану при температурі -20 ° С дорівнює 2,44526 бар. Тиск у танку дорівнюватиме:
тиску в танку (надлишкове або манометричне)
1,46526 бару
атмосферний тиск= 0,980 бара =
Абсолютний _ тиск
2,44526 бару
У колонці, що відповідає щільності рідини, знаходимо, що щільність рідкого пропану при -20 ° С складе 554,48 кг/м 3 . Далі знаходимо у відповідній колонці щільність насиченої пари, яка дорівнює 5,60 кг/м 3 . Ентальпія рідини становитиме 476,2 кДж/кг, а парів – 876,8 кДж/кг. Відповідно різниця ентальпії складе (876,8 - 476,2) = 400,6 кДж/кг.
Дещо пізніше розглянемо використання діаграми Молье в практичних розрахунках для визначення роботи установок повторного зрідження.
Враховуючи, що є основним об'єктом вентиляційного процесу, в області вентиляції часто доводиться визначати ті чи інші параметри повітря. Щоб уникнути численних обчислень, їх визначають зазвичай за спеціальною діаграмою, яка називається Id діаграми. Вона дозволяє швидко визначити всі параметри повітря за двома відомими. Використання діаграми дозволяє уникнути обчислень за формулами та наочно відобразити вентиляційний процес. Приклад ID діаграми наведено на наступній сторінці. Аналогом Id діаграми на заході є діаграма Мольечи психрометрична діаграма.
Оформлення діаграми може бути дещо різним. Типова загальна схема Id діаграми показана на малюнку 3.1. Діаграма являє собою робоче поле в косокутній системі координат Id, на якому нанесено декілька координатних сіток та по периметру діаграми – допоміжні шкали. Шкала вологовмістів зазвичай розташовується по нижній кромці діаграми, при цьому лінії постійних вмістів вологи представляють вертикальні прямі. Лінії постійних представляють паралельні прямі, що зазвичай йдуть під кутом 135° до вертикальних ліній вмісту вологи (в принципі, кути між лініями ентальпії і вмісту вологи може бути і іншим). Косокутна система координат обрана для того, щоб збільшити робоче поле діаграми. У такій системі координат лінії постійних температурявляють собою прямі лінії, що йдуть під невеликим нахилом до горизонталі і злегка розходяться віялом.
Робоче поле діаграми обмежене кривими лініями рівних відносних вологостей 0% та 100%, між якими нанесені лінії інших значень рівних відносних вологостей з кроком 10%.
Шкала температур зазвичай розташовується по лівій кромці робочого поля діаграми. Значення ентальпій повітря нанесені зазвичай під кривою Ф= 100. Значення парціальних тисків іноді наносять по верхній кромці робочого поля, іноді по нижній кромці під шкалою вмісту вологи, іноді по правій кромці. В останньому випадку на діаграмі додатково будують допоміжну криву парціальних тисків.
