6. Контрольные вопросы

1. От каких параметров зависит коэффициент температуропроводн

Коэффициент температуропроводности зависит от температуры; в случае газов он зависит также и от давления.

2. В каком случае теплообмен является нестационарным?

3. Если температурное поле в теле меняется во времени, то тепловые процессы, протекающие в таких условиях, называются нестационарными.

4. Какой нестационарный режим теплообмена называется регулярным?

В последующей основной стадии процесса теплопроводности изменение температуры во времени приобретает упорядоченный характер, и этот период называют регулярным режимом. Основное влияние на процесс здесь оказывают физические свойства тела, его формы, размеры и условия охлаждения на поверхности тела.

5. Каков физический смысл понятия: темп охлаждения?

Тепловым режимом является такой нестационарный режим, при котором относительная скорость изменения избыточной температуры в единицу времени , называемая темпом охлаждения, остаётся в любой точке тела постоянной и не зависит от координат и времени: m = – = const , 1/с , где m – темп охлаждения;

– избыточная температура

6. Каким методом экспериментально определяется коэффициент температуро-проводности?

Для экспериментального определения коэффициента температуропроводности теплоизоляционных и строительных материалов используется регулярный режим нестационарного процесса их охлаждения.

7. Каков физический смысл коэффициента температуропроводности?

Физический смысл коэффициента температуропроводности состоит в том, что он характеризует способность выравнивания температуры в различных точках среды.

Лабораторная работа №11

Определение параметров влажного воздуха

Цель работы: ознакомиться с параметрами, характеризующими состояние влажного воздуха; приобрести навыки пользования психрометром для определения относительной влажности окружающего воздуха и I-d диаграммой влажного воздуха. Рассчитать параметры состояния воздуха в лабораторном помещении.

1. Параметры влажного воздуха

Влажным воздухом называется смесь сухого воздуха с водяным паром. Фактически атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество водяных паров, т.е. является влажным.

Водяной пар, содержащийся в воздухе, обычно находится в разрежённом состоянии и подчиняется законам для идеального газа, что позволяет применять эти законы и для влажного воздуха.

Состояние пара в воздухе (перегретый или насыщенный) определяется величиной его парциального давления p , которое зависит от общего давления влажного воздуха p и парциального давления сухого воздуха p :

p = p - p (11.1)

Насыщенный воздух – воздух с максимальным содержанием водяного пара при данной температуре.

Абсолютная влажность воздуха – масса водяного пара, содержащегося

в 1 м влажного воздуха (плотность пара) при его парциальном давлении и температуре влажного воздуха: , (кг / м ).

Относительная влажность воздуха – отношение действительной абсолютной влажности воздуха к абсолютной влажности насыщенного воздуха при той же температуре:

= (11.2)

При постоянной температуре давление воздуха изменяется пропорционально его плотности (закон Бойля – Мариотта), поэтому относительная влажность воздуха может быть определена также и по уравнению:

= , % (11.3)

где p – давление насыщения воздуха при данной температуре;

p – парциальное давление пара при данной температуре:

p = p , кПа . (11.4)

Для сухого воздуха = 0, для насыщенного – = 100%.

Точка росы – температура t , при которой давление пара p становится равным давлению насыщения p . При охлаждении воздуха ниже точки росы водяные пары конденсируются.

Влагосодержание воздуха – отношение пара (влаги) в воздухе М к массе сухого воздуха М , содержащегося во влажном:

d = = , кг / кг сух. воздуха (11.5)

Используя уравнение состояния идеального газа для компонентов влажного воздуха (пара и сухого воздуха), зависимости (11.2), (11.3) и (11.5), а также молекулярные массы воздуха ( = 28,97) и пара ( = 18,016), получают расчётную формулу:

d = 0,622 , кг / кг сух. воздуха (11.6)

Для случая, когда влажный воздух находится при атмосферном давлении,: p=B.

Теплоёмкость влажного воздуха при постоянном давлении определяется как сумма теплоёмкостей 1 кг сухого воздуха и d, кг водяного пара:

c = c + c d, кДж / (кг К) (11.7)

В расчётах можно принять: c = 1, 00 кДж / (кг К), c = 1,93 кДж / (кг К).

Энтальпия влажного воздуха при температуре t определяется как сумма энтальпий 1 кг сухого воздуха и d, кг водяного пара:

I = i + d i = t c + d ( t c + r), кДж / (кг К) (11.8)

Здесь r – скрытая теплота парообразования, равная ~2500 кДж / кг. Таким образом, расчётная зависимость для определения величины энтальпии влажного воздуха принимает вид:

I = [ 1 t + ( 1,93 t + 2500 ) d ] , кДж / кг (11.9)

Примечание: величина I относится к 1 кг сухого воздуха или к (1+d) кг влажного воздуха.

В технических расчётах для определения параметров влажного воздуха обычно используется I–d диаграмма влажного воздуха, предложенная в 1918 году профессором Л.К. Рамзиным.

В I–d диаграмме (см. рис. 11.2) графически связаны основные параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: температура t, относи-тельная влажность воздуха , влагосодержание d, энтальпия I, парциальное давление пара P , содержащегося в паровоздушной смеси. Зная два каких-либо параметра, можно найти остальные на пересечении соответствующих

линий I – d-диаграммы.

2. Схема лабораторной установки (прибора)

Относительную влажность воздуха в лабораторной работе определяют с помощью психрометра типа: «Гигрометр психрометрический ВИТ-1».

Психрометр (рис. 11.1) состоит из двух одинаковых термометров:

«сухого» – 1 и «смоченного» – 2 . Смачивание шарика термометра 2 осуществляется с помощью батистового фитиля 3, опущенного в сосуд 4 с водой.

2 1

3 t

4

Рис. 11.1. Схема устройства психрометра

При испарении воды температура смоченного шарика понижается. Чем суше воздух, тем интенсивнее испарение, и тем больше разность температур сухого и мокрого термометров:

t = t - t (11.10)

Зависимость между разностью температур t и влажностью воздуха φ для данного прибора установлена экспериментальным путем. По результатам экспериментов составлена специальная психрометрическая таблица (паспорт), помещённая на лицевой панели лабораторного психрометра.

На интенсивность испарения существенное влияние оказывает скорость обтекания батистового фитиля воздухом, что вносит погрешность в показания обычного психрометра. Эта погрешность учитывается в расчётах введением поправок в соответствии с паспортом прибора.

Примечание: от рассмотренного недостатка свободен психрометр Августа, в котором оба термометра (сухой и смоченный) обдуваются с постоянной скоростью потоком воздуха, создаваемым вентилятором с пружинным двигателем.

3. Порядок выполнения работы

1. По результатам подготовки к лабораторной работе привести в отчёте ответы на контрольные вопросы.

2. Ознакомиться на стенде с устройством и паспортом психрометра.

3. Замерить и записать в отчёт барометрическое давление В в мм рт.ст. и кПа (1 мм рт.ст. = 133 Па).

4. Проверить готовность психрометра к работе (наличие воды в сосуде 4,

рис. 11.1). При необходимости добавить воды.

5. При установившемся режиме работы мокрого термометра показания сухого t и мокрого t термометров записать в таблицу отчёта:

№ опыта	Температура по сухому термометру		Температура по мокрому термометру		Разность показаний термометров, t , C
	замеренная, t , C	с поправкой, t , C	замеренная, t , C	с поправкой, t , C
1	17.8	17.8	11	11	6.8
2	18	18	11.2	11.2	6.8
3	18	18	11.3	11.3	6.7
Установив. режим	17.9	17.9	11.2	11.2	6.7

4. Обработка опытных данных

1. В соответствии с паспортом психрометра по таблицам 11.1 и 11.2 определяются поправки на показания сухого ( ) и мокрого ( ) термометров.

Таблица 11.1. Поправки к показаниям сухого термометра (паспортные данные)

Температура t , C	0	10	15	20	25
Поправка , C	-0,1	0,0	+0,1	0,0	+0,1

Таблица 11.2. Поправки к показаниям мокрого термометра (паспортные данные)

Температура t , C	0	10	15	20	25
Поправка , C	-0,1	+0,2	-0,1	0,0	+0,1

2. Рассчитываются и записываются в таблицу отчёта истинные температуры по сухому и мокрому термометрам:

t = t + , С (11.11)

t = t + , С (11.12)

=17.8+0.0=17.8; =18+0.0=18; =18+0.0=18; =17.9+0.0=17.9

=11+0.0=11 =11.2+0.0=11.2 =11.3+0.0=11.3 =11.2+0.0=11.2

3. Определяется и записывается в отчёт разность показаний термометров психрометра:

t = t - t , С (11.13)

=17.8-11=6.8 =18-11.2=6.8 =18-11.3=6.7 =17.9-11.2=6.7

4. Пользуясь паспортной таблицей прибора, по величинам t и t опреде-ляется относительная влажность воздуха для установившегося режима.

t = 17,0 С; t = 6,5 С; t = 7,0 С; = 35 %; = 31 %;

t = 18,0 С; t = 6,5 С; t = 7,0 С; = 37 %; = 33 %.

Поправка относительной влажности на фактическую разность

температур ( t =6,7 C ):

= = (6.7-6.5) = – 1,6%

Поправка относительной влажности на истинную температуру ( t = 15,6 C ):

= = (17.9-17) = 1,8 %

Расчётная относительная влажность с поправкой:

= + + = 35 – 1,6 + 1,8 = 35,2 %

В общем случае истинная температура по сухому термометру t и разность показаний термометров психрометра t могут оказаться между табличными значениями: t , t , t , t , t , t , для которых приводятся соответствующие значения относительной влажности , , , . Для повышения точности определения относительной влажности в этом случае необходимо рассчитать поправку на истинную температуру и поправку на истинную разность температур . При этом расчётная относительная влажность определится по формуле

= + + , % (11.14)

Указанные поправки определяются методом интерполирования по формулам:

= , % ; (11.15)

= , % (11.16)

5. Результаты расчётов заносятся в таблицу отчёта:

Относитель влажность (с поправк), , %	Давление насыщенных паров, p , кПа	Парциальное давление воздуха, p , кПа	Влагосодержание воздуха, г / кг		Энтальпия влажного воздуха, кДж / кг		Температура насыщения (точка росы), C
			d	d	I	I	t	t
35,2	2,05	0,7216	4,54	4,5	29,3	29,4	2	3

6. По таблице 11.3 определяется давление насыщенных паров p при температуре окружающего воздуха ( t = t ) и записывается в таблицу отчёта.

Таблица 11.3. Состояние воды и пара на линии насыщения (справочные данные)

Температура t , C	0,01	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Давление p , кПа	0,61	0,66	0,71	0,76	0,87	0,93	1,00	1,07	1,15	1,22

Температура t , C	11	12	13	14	16	17	18	19	20	21
Давление p , кПа	1.31	1,40	1,50	1,60	1,82	1,94	2,06	2,20	2,34	2,49

Температура t , C	22	23	24	25	27	28	29	30	31	32
Давление p , кПа	2,64	2,81	2,98	3,17	3,56	3,78	4,00	4,24	4,49	4,75

7. Изучается I-d диаграмма влажного воздуха (см. рис. 11.2) и для примера определяется:

1) температуре t = 15,6 C соответствует давление насыщения пара

p = 1730 Па;

2) для влажного воздуха при t = 15,6 C и = 43,2 % влагосодержание составляет d = ~ 5 г / кг сух. воздуха.

Влагосодержание d , г на 1кг сухого воздуха

Рис. 11.2. I-d диаграмма влажного воздуха

8. На I-d диаграмме определяется точка, соответствующая опытным значениям параметров t и .

9. По формуле 11.6 рассчитывается влагосодержание воздуха d (относительная влажность воздуха подставляется в долях единицы). d = 0,622 , кг / кг сух. воздуха

d = 0.622 =0.00454

10. По I-d диаграмме для найденных значений t и определяется табличное значение влагосодержания воздуха d в г / кг сух. Воздуха.

d =4.5

11. По формуле рассчитывается теплоёмкость влажного воздуха c .

c = c + c d, кДж / (кг К)

c = 1+1.93*4.54=9.7622

12. По формуле рассчитывается энтальпия влажного воздуха I .

I = [ 1 t + ( 1,93 t + 2500 ) d ] , кДж / кг

I = 1*17.5+(1.93*17.9+2500)*0.00454=29.3

13. По I-d диаграмме для найденных значений t и d определяется значение энтальпии влажного воздуха I в кДж / кг.

I =29.4

14. По формуле рассчитывается парциальное давление воздуха p .

p = p , кПа .

p = 0.352*2.05=0.7216

15. С помощью таблицы 11.3 определяется температура насыщения (точка росы) t , C. Здесь давление насыщения p = p .

t =2

16. По I-d диаграмме определяется численное значение температуры насыщения t , C.

t =3

17. Результаты расчётов записываются в отчёт.