5.1 Общие указания

Перед выполнением работы изучите настоящие методические указания, соответствующие разделы конспекта лекций и работы [4J, подго­товьте ответы на контрольные вопросы и заготовьте бланк отчета.

Необходимо знать, что влажный воздух - это смесь, состоящая из cyхого воздуха и водяных паров. Влажный воздух находит широкое приме­нение в сушильной технике, где он используется в качестве сушильного агента. При относительно небольших давлениях (близких к атмосферно­му) влажный воздух можно рассматривать как газовую смесь, к которой применимы законы для идеальных газов. Общее давление влажного воз­духа, согласно закону Дальтона равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара:

Р = Р_В + Р_п. Водяной пар в воздухе может находиться в перегретом или насыщенном состояниях, в первом случае воздух является ненасыщенным, а во втором - насыщенным. Состояние пара в этих условиях характеризуется величиной его парциального давле­ния Р_п.

Имейте в виду, что различают абсолютную влажность, относительную влажность и влагосодержание. Под абсолютной влажностью нужно по- нимать массу водяных паров, заключенных в 1 м³ влажного воздуха, чис­- ленно равную плотности пара при парциальном давлении. Количество во­- дяного пара, находящегося во влажном воздухе, отнесенное к 1 кг сухого воздуха, называют влагосодержанием d Влагосодержание можно выра­- зить как отношение массы пара m_п во влажном воздухе к массе сухого воздуха m_в в нем: d = m_п /m_в или d = Р_п / Р_в . Следовательно, величина d измеряет массу пара, содержащего­ся в .1 кг сухого воздуха или (1 + d ) кг влажного воздуха. Пользуясь уравнением состояния идеальных газов, можно получить следующее выражение для определения влагосодержания:

d = О, 622 Р_п / ( Р - Р_п ) кг/ кг.сух.воз. (5.1)

Следует знать, что насыщенный воздух содержит при данной температуре максимальное количество водяного пара, а ненасыщенный воздух не содержит

Максимально возможное количество водяного пара при данной температуре. Важной характеристикой влажного воздуха является относительная влажность. Она представляет собой отношение действительной абсолютной влажности ненасыщенного воздуха к максимально возможной абсолютной влажности воздуха при той же температуре φ = ρ_п / ρ_макс = ρ_п / ρ_нас. Относительная влажность воздуха, если считать его идеальным газом, численно равна отношению парциального давления водяного пара в нем к максимально возможному давлению водяного пара при температуре смеси φ = Р_п / Р_макс = Р_п / Р_нас. Относительная влажность может изменяться от φ = 0 (сухой воздух) до φ = 1 (насыщенный воздух) или от 0 до 100 %. Если влажный воздух охладить, то относительная влажность будет увеличиваться и наоборот.

Температура, при которой ненасыщенный воздух (φ< 1) становится насы -

щенным (φ = 1) при данном парциальном давлении, является температурой

точки росы. При охлаждении воздуха ниже температуры точки росы происхо -

дит конденсация водяных паров. Температура точки росы t_р определяется с помощью гигрометра, а парциальное давление пара Р_п - с помощью психрометра.

Необходимо знать, что энтальпия влажного воздуха вычисляется по формуле

J = i_B + di_п = t + (2490 + 1,97 t_н) d, (5.2)

где i_B - энтальпия сухого воздуха;

i_п – энтальпия водяных паров;

d – влагосодержание.

5.2 Методика проведения эксперимента

Эксперименты проводите на установке, принципиальная схема которой приведена на рисунке 5.1. Установка состоит из электрического калорифера1, увлажнителей (сушилки) 2, воздуховода 3 и вентилятора 4, автотрансформатора 5, реостата 6, соединительных трубок 7, кранов 8, бака с водой 9, водосборника 10, термометров 11, барометра 12, психрометра 13 и ваттметра 14.

После изучения экспериментальной установки приступите к выполнению лабораторной работы.

1 Включите электрокалорифер и вентилятор в сеть, после чего с помощью автотрансформатора установите необходимую мощность нагревателя и в течение всего опыта поддерживайте ее постоянной.

2 Одновременно на увлажнители подавайте (непрерывно в течение всего опыта) воду, предварительно открыв краники 8.

3 Прогрев установки продолжайте до тех пор, пока не установится стационарный режим (ориентировочно 20 - 25 минут), о чем можно судить по показанию термометров, установленных после калорифера и увлажнителей (когда температура воздуха за калорифером и увлажнителями перестанет изменяться).

4 Пока установка подогревается запишите показания барометра (В) и психрометра (t_м, t_c).

5 После достижения стационарного режима работы установки запишите температуры воздуха после калорифера и увлажнителей.

6 Занесите данные в таблицу и выключите установку (отключите вентилятор и калорифер от сети и прекратите подачу воды в бак).

7 Определите параметры влажного воздуха по Jd - диаграмме или рассчитайте их.

5.3 Методика определения параметров влажного воздуха по

Jd - диаграмме

Перед определением параметров влажного воздуха тщательно изучите диаграмму. Работу выполните в такой последовательности.

1 Найдите на диаграмме точку, которая характеризует состояние влаж-ного воздуха перед калорифером. Эта точка находится на пересечении линий температур мокрого и сухого термометров, определите в этой точке по диаграмме относительную влажность (φ₁), влагосодержание (d₁) и парциальное давление водяных паров ( Р_п1 ).

2 Далее найдите на диаграмме вторую точку, которая характеризует состояние влажного воздуха после калорифера. Помните, что процесс нагрева воздуха в калорифере происходит при неизменном влагосодержании

(d =const). Следовательно, в процессе нагрева воздуха меняется только относительная влажность, она уменьшается, a d₁ = d₂, Р_п1 = Р_п2. Точку найдите на пересечении линии влагосодержания и изотермы, соответствующей значению температуры воздуха после калорифера ( t₁). Определите относительною влажность ω₂ во второй точке. Соединив точки 1 и 2 вертикальной линией, получите изображение процесса нагрева воздуха в калорифере.

3 Найдите на диаграмме третью точку, которая характеризует состояние влажного воздуха после увлажнителей (сушилки). Помните, что теоретически процесс испарения (сушки) происходит при постоянном энтальпии (J = const ). Поэтому из второй точки проведите линию параллельно изоэнтальпе до пересечения с изотермой, соответствующей температуре влажного воздуха после увлажнителей ( t₃ ). Соединив вторую и третью точки, получите линию процесса испарения (сушки) на диаграмме. В этом процессе изменяются все три параметра влажного воздуха, они увеличиваются. Найдите относительную влажность (φ₃), влагосодержание (d₃) и парциальное давление (Р_п3) в третьей точке.

_{4 Вычислите параметры влажного воздуха по расчетным формулам, приведенным выше, и сопоставьте их с найденными значениями по Jd - диаграмме.}

_{5 Определите количество влаги, испаренной в увлажнителях (сушилке) 1 кг су хого воздуха .}

_{6 Полученные значения d, φ и Рп занесите в таблицу 5.1.}

_{7 Изобразите процесс нагрева и испарения (сушки) на Jd – диаграмме.}

Таблица 5.1 - Результаты экспериментальных и расчетных данных

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1 Титульный лист по установленной форме.

2 Название и цель работы.

3 Краткую теоретическую часть.

4 Принципиальную схему опытной установки и ее краткое описание.

5 Результаты измерений, данные, полученные с помощью Jd – диаграммы и рассчитанные (в виде таблицы).

6 Изображение процессов нагрева и сушки на Jd – диаграмме.

7 Анализ полученных результатов и выводов о работе.

_{Контрольные вопросы}

_{1 Что называется влажным воздухом?}

_{2 Что такое насыщенный и ненасыщенный воздух?}

_{3 Что называется абсолютной влажностью, влагосодержанием и относительной влажностью воздуха?}

_{4 Что такое температура точки росы?}

_{5 В каких пределах изменяется относительная влажность ?}

_{6 Для каких целей используются гигрометр и психрометр ?}

_{7 Как рассчитываются параметры влажного воздуха ?}

_{8 Как определяются плотность и энтальпия влажного воздуха ?}

_{9 Опишите Jd - диаграмму влажного воздуха}

_{10 Какие линии изображаются на Jd - диаграмме ?}

_{11 Как изображаются основные процессы влажного воздуха на Jd – диаграмме?}

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНости ТВЕРДОГО

ТЕЛА

Цель работы - изучение методики экспериментального определения коэффициента теплопроводности твердых тел с помощью тепломера (теп­лового пояса) и закрепление теоретических знаний по разделу «Тепло­проводность».