Содержание отчета

1. Краткие теоретические сведения, необходимые при защите лабораторной работы.

2. Схема экспериментальной установки.

3. Таблица с результатами эксперимента и расчетными данными.

4. Пример расчета.

5. Экспериментальные и табличные графики зависимости Р=f(Т).

6. Расчет погрешностей (приложение Б).

7. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1*. Как протекает процесс кипения жидкости?

2*. Поясните схему лабораторной установки и назначение отдельных частей.

3*. Поясните методику проведения опыта с указанием особенностей выполнения лабораторной работы.

4. Как зависит температура кипения жидкости от действия внешней среды?

5. Что такое критическая точка? Каковы ее параметры?

6. Что такое точка тройного равновесия? Каковы ее параметры?

7. От чего зависят внутренняя энергия, энтальпия и энтропия влажного пара?

8. Почему для полной характеристики влажного насыщенного пара недостаточно температуры и давления? В чем состоит необходимость введения других величин?

9. Что характеризует энтальпия и энтропия пара? Где используются эти термодинамические функции?

10. Почему при увеличении давления выше критического вода уже не превращается в пар? Как этот феномен используется в теплотехнике?

11. Как пользоваться is-диаграммой?

12. Что такое степень сухости пара?

13. Показать процесс перехода из жидкости в пар на pv-диаграмме.

14. Почему в технике стремятся использовать перегретый пар?

15. Чем отличается водяной пар от идеального газа? Какими уравнениями описывается состояние водяного пара?

16. Покажите на pv-диаграмме изотермы Ван-дер-Ваальса и реальные изотермы водяного пара для нескольких значений T. Как выглядит изотерма для критической температуры и для температуры, превышающей критическую?

Литература

1. Теплотехника/ В.Н. Луканин [и др.];/ Под редакцией В.Н. Луканина.- 2-е изд. – М.: Высшая школа, 2000.

2. Кудинов В.А. Техническая термодинамика./Кудинов В.А., Карташов Э.М. – М.: Высшая школа, 2005.

3. Карминский В.Д. Техническая термодинамика. – М.: Высшая школа, 2005.

Лабораторная работа № 3

Определение параметров влажного воздуха

Цель работы: экспериментальное определение параметров влажного воздуха, исследование изменения этих параметров в процессах нагрева и увлажнения.

Задание для предварительной подготовки

1. Изучить настоящие методические указания и рекомендуемую литературу.

2. Подготовить ответы на контрольные вопросы 1..3.

3. Оформить заготовку письменного отчета по лабораторной работе.

Общие сведения

Воздух применяется в качестве рабочего тела во многих технологических процессах. Важно знать, как изменяются при этом его параметры. Например, при нагревании или охлаждении, при расширении или сжатии, при увлажнении или осушении. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество влаги. Поэтому его можно рассматривать как газовую смесь, подчиняющуюся закону Дальтона

P=Р_в+Р_{п ,} (3.1)

где P – давление газовой смеси (влажного воздуха); P_в – парциальное давление сухого воздуха; P_п – парциальное давление водяного пара.

Сухой воздух является смесью кислорода, азота, углекислого и многих других газов. Но в большинстве технических приложений, когда давление невелико и температура значительно выше температуры конденсации компонентов смеси, сухой воздух можно рассматривать как идеальный газ с парциальным давлением Р_в.

Состояние водяного пара в воздухе определяется величиной его парциального давления Р_П. В большинстве случаев влажный воздух – это смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара. Перегретый пар тоже можно рассматривать как идеальный газ. Но если его охладить или увеличить парциальное давление, то водяной пар станет сухим насыщенным. Известно, что это состояние неустойчиво, за ним последует конденсация влаги (выпадение росы).

Влажный насыщенный воздух – это смесь сухого воздуха и сухого насыщенного пара. Сухой насыщенный пар существенно отличается от идеального газа. Поэтому для определения его термодинамических параметров следует пользоваться уравнениями состояния реальных газов или имеющимися в справочной литературе таблицами и графиками (например, id-диаграммой).

Влажность воздуха характеризуется количеством содержащегося в нем водяного пара. Количественно ее описывают следующие величины:

Абсолютная влажность – это масса водяного пара, находящегося в 1 м³ влажного воздуха. Она равна плотности водяного пара ρ при известных парциальном давлении и температуре смеси.

Влагосодержанием называют массу водяного пара, в граммах, приходящуюся на 1 кг сухого воздуха.

d=(m_П/m_в)1000, (3.2)

где d – влагосодержание, г/кг.

Относительная влажность равна отношению плотности водяного пара, находящегося во влажном воздухе, к плотности сухого насыщенного пара при той же температуре.

φ=(ρ_п/ρ_мах)·100, (3.3)

где φ – относительная влажность, %; ρ_п – плотность водяного пара во влажном воздухе, кг/м³; ρ_мах – плотность сухого насыщенного пара при температуре влажного воздуха, кг/м³.

Если от влажного воздуха при неизменном давлении (а значит, и при постоянном парциальном давлении водяного пара) отводить теплоту, то при некоторой температуре водяной пар в воздухе тоже станет насыщенным.

Температура t_p, соответствующая насыщенному состоянию пара в воздухе при данном парциальном давлении, называется температурой точки росы. При охлаждении воздуха ниже точки росы происходит конденсация водяных паров (в природе – выпадение росы). Изменяется соотношение масс водяного пара и сухого воздуха. Уменьшается влагосодержание.

В основу используемой в лабораторной работе методики определения параметров влажного воздуха положен психрометрический метод. Психрометр — это прибор, содержащий два одинаковых термометра. Один из термометров обмотан увлажненной тканью. Если относительная влажность воздуха меньше 100%, то с поверхности влажного материала происходит испарение воды, на это необходимы затраты энергии. Психрометр не содержит источников теплоты, влага испаряется адиабатно, за счет внутренней энергии. Поэтому удельная энтальпия воздуха в окрестностях мокрого термометра практически не изменяется.

По температурам сухого t_с и мокрого t_м термометров на id-диаграмме находят точку, соответствующую параметрам влажного воздуха. Для этого вначале нужно найти на кривой насыщения (линия  = 100%) точку с температурой t_м. Она соответствует состоянию воздуха в непосредственной близости от мокрого термометра. От найденной точки подняться по изотерме мокрого термометра (угол 135º) до изотермы сухого термометра t_с. Искомая точка находится на пересечении изотермы мокрого термометра t_м = соnst и изотермы сухого термометра t_с = const. По найденной точке определяют влагосодержание d, энтальпию i, относительную влажность , точку росы t_р и парциальное давление водяного пара в воздухе Р_n. Линия t_м = соnst на диаграмме проходит немного положе изоэнтальпии (i=соnst). Обычно ее изображают пунктиром или другим цветом. Если на вашей id-диаграмме эта линия отсутствует; то с небольшой погрешностью ее может заменить изоэнтальпия.

При нагревании воздуха его влагосодержание не изменяется, а энтальпия возрастает. На диаграмме этому соответствует отрезок вертикальной прямой. Точно так же выглядит процесс охлаждения, если температура воздуха выше точки росы. При достижении t_р процесс охлаждения пойдет по кривой насыщения (=100 %).

Адиабатное увлажнение происходит по линии, близкой к изоэнтальпии. Если увлажнение сопровождается подводом или отводом теплоты, например, излучением или в результате контакта с нагретыми телами, то линия, изображающая процесс, будет существенно отличаться от изоэнтальпии. В простейшем случае это отрезок прямой, направление которого определяет угловой коэффициент

ε=(Δi / Δd). (3.4)

На id–диаграмме значения узлового коэффициента нанесены по периметру.