Звіт по роботі повинен включати:

1. Мету і короткий опис основних етапів проведення лабораторної роботи.

2. Принципову схему експериментальної установки та її опис.

3.Таблицю результатів вимірів та детальну обробку результатів досліджень.

4. Графічні залежності теплоємностей від середньої температури повітря , .

Контрольні запитання

1. Класифікація теплоємностей.

2. Які основні методи дослідного визначення теплоємності? У чому полягає їх суть ?

3 Який зв’язок між масовою, об’ємною та мольною теплоємностями?

4. Написати характерні співвідношення між ізобарною та ізохорною теплоємностями для ідеального газу.

5. Від чого залежать показник адіабати для ідеальних газів?

6. Фізичний смисл газової сталої.

7. Чому ізобарна теплоємність більше ізохорної ?

8. Написати рівняння Майєра.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № З

Дослідження процесів у вологому повітрі

Метою роботи є визначення параметрів вологого повітря в різних перерізах сушильної установки, а також кількості випареної вологи, витрат теплоти на 1 кг випареної вологи та втрат теплоти у навколиш­нє середовище.

Завдання

1. Вивчити методи і прилади для визначення параметрів вологого повітря.

2. Визначити параметри вологого повітря у різних перерізах повітряного тракту, використовуючи результати вимірів та Нd -діаграму вологого повітря.

3. Визначити кількість випареної вологи і витрати теплоти на І кг випареної вологи.

4. Дослідити процеси нагрівання вологого повітря і сушіння. Побудувати ці процеси в Нd -діаграмі.

Загальні відомості

Вологим повітрям називається суміш сухого повітря і водяної па­ри. Водяна пара у вологому повітрі є, як правило, перегрітою або на­сиченою.

Вологе повітря з деяким наближенням можна розглядати як суміш ідеальних газів, до яких можна застосувати закон Дальтона, згідно з яким кожний газ (водяна пара чи сухе повітря), що входить у суміш, знаходиться під своїм парціальним тиском. Сума парціальних тисків водяної пари Р_п і сухого повітря P_с.п. дорівнює повному абсолютному тиску Р:

. (3.1)

Якщо процеси розглядаються при атмосферному тиску, то абсолют­ний тиск дорівнює барометричному і вимірюється барометром.

Суміш сухого повітря з сухою насиченою парою називається наси­ченим вологим повітрям.

Процес насичення може відбуватися шляхом збільшення пари в на­сиченому вологому повітрі при сталій температурі або при охолоджен­ні вологого повітря при сталому парціальному тиску пари. В останньо­му випадку настає момент, коли незначне подальше охолодження викли­кає утворення туману (роси). Температура, до якої потрібно охолоди­ти повітря при сталому тиску, щоб воно стало насиченим, називається температурою точки роси.

Щоб охарактеризувати пароповітряну суміш, необхідно знати її склад. Склад вологого повітря визначається за його вологістю та вологовмістом.

Розрізняють абсолютну і відносну вологість.

Абсолютною вологістю повітря ρ_п називають кількість водяної пари m_n що знаходиться в 1 м³ вологого повітря :

. (3.2)

Враховуючи, що об’єм пари дорівнює об’єму вологого повітря, абсолютна вологість повітря чисельно дорівнює густині водяної пари.

Відношення абсолютної вологості ρ_п до максимальної можливої абсолютної вологості ρ_н, що відповідає температурі насичення t_н, називається відносною вологістю повітря , позна­чається буквою і вимірюється в %:

%. (3.3)

Якщо розглядати водяну пару, що знаходиться у вологому повітрі, як ідеальний газ, то згідно із законом Клапейрона

, ,

звідки

%. (3.4)

В усіх процесах, що відбуваються з вологим повітрям, кількість сухого повітря m_с.п. не змінюється, тому доцільно всі питомі ве­личини відносити до 1 кг сухого повітря.

Маса водяної пари, що припадає на 1 кг сухого повітря, назива­ється вологовмістом d:

. (3.5)

Зв’язок між вологовмістом вологого повітря і парціальним тиском пари можна виразити формулою

. (3.6)

Ентальпію вологого повітря H відносять до 1 кг сухого повітря або до (1+d) кг вологого повітря і визначають як суму ентальпії 1 кг сухого повітря (h_с._п.) та d кг водяної пари (h_п):

,

де C_pс.п. - теплоємність сухого повітря, кДж/кг·К; t - темпера­тура повітря, °С; h_c.п., h_п – відповідно ентальпії сухого повітря і водяної пари,кДж/кг. Якщо прийняти h_n=250+1,9, кДж/кг, С _{р с.п.}=1кДж/кг.К, то одержимо відому формулу Л.К.Рамзіна:

Н=t+(2500+1,9t)d . (3.7)

Визначення параметрів і дослідження процесів вологого повітря значно спрощуються і стають наочними, якщо використовувати графічний метод із застосуванням Hd - діаграми вологого повітря, яку запропонував Л.К.Рамзін.

На Hd - діаграмі по осі ординат відкладено значення ентальпії H, кДж/кг с.п., по осі абсцис – вологовміст d, г/кг с.п. Причо­му лінії H=сonst нахилені до осі ординат під кутом 135°, щоб при тому самому масштабі збільшити розв’язувальну здатність діаграми.

На діаграмі нанесено сітку ізотерм сухого термометра t_c, які являють собою прямі лінії, направлені під кутом, який дорівнює: .

Розташовані на ізотермах точки з однако­вою відносною вологістю створюють сітку ліній сталої відносної во­логості φ=сonst. Крива φ=100% характеризує стан вологого насиченого повітря і називається пограничною кривою. Вона розмежо­вує область ненасиченого вологого повітря (зверху) і область тума­ну (знизу), в якій волога знаходиться у стані краплинок.

Ізотерми мокрого термометра t_м проведені пунктиром. На лінії φ=100% вони перетинаються з ізотермами сухого термометра. Прак­тично обидві ізотерми (сухого і мокрого термометрів), що відпові­дають одному значенню температури, виходять з однієї точки під різ­ними кутами до осі ординат. У нижній частині діаграми побудовано лінію парціальних тисків Р_п=f(d).

За допомогою Hd - діаграми можна за двома будь-якими парамет­рами визначити всі інші, розрахувати і побудувати процеси нагрівання і охолодження повітря, а також процеси сушіння.

Процес нагрівання проходить при d=сonst і P=сonst з підвищенням температури, ентальпії та зниженням відносної вологості.

Процес сушіння матеріалу і в той же час зволоження повітря від­бувається при збільшенні вологовмісту d і парціального тиску P_п , зниженні температури і ентальпії, а в теоретичній сушарці, де про­цес сушіння проходить без втрат теплоти - при H=сonst.