2. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с примерами определения неизвестных параметров по известным.

2. Пример 1: допустим, известны 2 параметра р_А и t_A. Необходимо по ним найти остальные параметры, которые неизвестны.

1. Находим на диаграмме is изобару р_А, которая по величине значения расположена, например, между изобарами р₂ и р₃.

2. Находим на диаграмме is изотерму t_A, которая по величине значения расположена между t₃ и t₄.

3. Точка А пересечения этих кривых является точкой состояния водяного пара в примере 1.

4. В этой точке А читаем (находим) значения всех остальных параметров, а именно: V_A ^- между V₂ и V₃; S_A - между S₁ и S₂; i_A - между i₂ и i₃; значение x_A отсутствует, т.к. точка находится выше ВПК, в области перегрева.

3. Пример 2. Также изображен на диаграмме is пунктирными линиями. Допустим, известны 2 параметра р_Б и i_Б. Необходимо по ним найти остальные параметры, которые неизвестны.

1. Находим на диаграмме is изобару р_Б, которая расположена, например, между изобарами р₃ и р₄.

2. Находим на диаграмме is изоэнтальпию i_Б, которая расположена между энтальпиями i₁ и i₂.

3. Точка Б пересечения этих кривых является точкой состояния водяного пара в примере 2.

4. В этой точке Б находим значения всех остальных параметров, а именно: V_Б - между V₃ и V₄; t_Б - между t₂и t₃; S_Б - между S₁ и S₂; x_Б - между x₂ и x₃.

4. Получение исходных данных для нахождения на реальной диаграмме is соответствующих точек состояний водяного пара.

5. Подготовить лекало, линейку, карандаш средней твердости и резинку для стирания карандашных линий.

Изображения на диаграмме is выполнять только карандашом, чтобы потом легко удалить их резинкой без стирания линий диаграммы.

Изображения выполнять по аналогии с приведенными параметрами 1 и 2. Выполнить их и найти неизвестные параметры.

6. Составить таблицу заданных и найденных по диаграмме is термодинамических параметров.

3. Контрольные вопросы:

1. Почему водяной пар не является идеальным газом?

2. Чем отличается внешне влажный насыщенный пар от перегретого пара?

3. Как ведут себя термодинамические параметры при парообразовании кипением?

4. Запишите уравнение Клапейрона. Почему его нельзя принять для реальных газов?

5. Почему для поиска неизвестных термодинамических параметров используют термодинамические таблицы и диаграммы is.

6. Как найти внутреннюю энергию?

7. Как найти влажность насыщенного пара?

4. Литература:

1. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Техническая термодинамика. – М.: Высшая школа. 2001. – 260 с.

2. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства газов: справочник – изд. 4- М., Энергоатомиздат. 1987. -112 с.

3. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: справочник. – М., Энергоатомиздат. 1984. -122 с.

Лабораторная работа № 2

Изучение правил пользования диаграммой id

Цель: изучить правила пользования диаграммой id для влажного воздуха с целью определения неизвестных параметров по известным.

1. Введение

Параметры влажного воздуха обычно определяют графическим путем при помощи id – диаграммы.

Воздух окружающей атмосферы всегда является влажным, т.к. содержит в своем составе водяной пар.

Таким образом, влажный воздух – это смесь сухого воздуха с водяным паром.

Влажный воздух широко используется в промышленности для работы пневматических машин, для сушки различных материалов, для горения топлива и т.д. В связи с этим свойства воздуха необходимо изучать и знать. Изучение воздуха связано с рядом понятий, которые надо знать, а именно:

1. Давление атмосферного влажного воздуха р согласно закону Дальтона равно сумме парциальных давлений сухого воздуха – р_В и водяного пара - р_П

р = р_В + р_П (2.1)

Парциальное давление – это давление какого-либо одного компонента газа при условии, что он один занимает весь объем смеси газов. Например, парциальное давление водяного пара р_П, когда весь данный объем влажного воздуха занят одним лишь водяным паром, находящимся во влажном воздухе.

Для рассмотрения дальнейших понятий влажного воздуха воспользуемся рассмотрением его в pv – диаграмме.

На приведенной pv – диаграмме нижняя и верхняя пограничные кривые изображены для водяного пара.

Окружающий влажный воздух обыкновенно имеет парциальное давление водяного пара р_П значительно ниже давления влажного воздуха р. Более того, этот воздух почти всегда имеет водяной пар в перегретом состоянии при парциальном давлении р_П, т.е. правее верхней пограничной кривой.

На рисунке 2.1 изотерма 1’-1’’-1_П при температуре t₁ = const наиболее характерна для окружающего влажного воздуха, а точка 1_П является наиболее типичной для этого воздуха. При этом в точке 1_П водяной пар имеет парциальное давление р_П1. Как известно, на верхней пограничной кривой (x=1) водяной пар находится в сухом насыщенном состоянии при своем парциальном давлении р_П. Это на рисунке 2.1 точки: 0’’- при парциальном давлении р_П = р_П1; 1’’ – при давлении р_П = р – р_В; 2’’- при давлении р_П = р; 3’’- при давлении р_П > р.

Так как в наиболее типичной точке 1_П водяной пар во влажном воздухе находится в перегретом состоянии, то этот пар бесцветен, как и сам влажный воздух.

О днако влажный воздух при тумане приобретает цвет, что объясняется переходом какой-то доли водяного пара в состояние влажного насыщенного пара, т.е. левее верхней пограничной кривой, на которой начинается конденсация водяного пара, т.е. появление капелек воды, которые имеют цвет.

Возьмем точку 1_П за исходную для водяного пара при перегретом состоянии во влажном воздухе и разберемся, как из этого состояния водяной пар может доходить до появления тумана, т.е. до конденсации части водяного пара.

Рисунок 2.1 - pv – диаграмма для определения дальнейших понятий влажного воздуха

Очевидно, конденсация начинается на верхней пограничной кривой, куда из точки 1_П можно попасть либо по изотерме t₁ в точку 1’’ с постепенным увеличением парциального давления водяного пара от р_П1 до р-р_В, т.е. путем увеличения влажности влажного воздуха, например, летом после дождя, либо в точку 0’’ при постоянном парциальном давлении водяного пара, равном р_П1, путем охлаждения влажного воздуха, например, в ночное время суток. При этом вспомним, что на верхней пограничной кривой при любой температуре пар находится в сухом насыщенном состоянии.

В точках 0’’, 1’’, 2’’, 3’’ и левее этих точек при соответствующих этим точкам температурах влажный воздух содержит максимально возможное количество водяного пара. Эти соответствующие названным точкам температуры при парциальных давлениях в этих точках, как известно, являются температурами насыщения.

Заметим, что в точках 2’’ и 3’’ , а также левее их влажный воздух состоит лишь из одного водяного пара.

Теперь перейдем к рассмотрению других понятий, связанных с влажным воздухом.

2. Температура точки росы – это температура влажного воздуха, равная температуре насыщения водяного пара в нем при соответствующем парциальном давлении этого пара.

3. Насыщенный влажный воздух – это воздух, состоящий из смеси сухого воздуха и насыщенного водяного пара.

4. Ненасыщенный влажный воздух – это смесь сухого воздуха и перегретого пара. Парциальное давление перегретого водяного пара всегда меньше давления насыщения при данной температуре.

5. Влагосодержание воздуха d – это отношение массы водяного пара m_П во влажном воздухе к массе сухого воздуха m_В, кг/кг или г/кг

d = , г/кг (кг/кг) (2.2)

или

d = , кг/кг (2.3)

где _П и _В - соответственно плотность водяного пара и сухого воздуха.

6. Абсолютная влажность воздуха – это масса водяного пара в 1 м³ влажного воздуха (фактически это плотность водяного пара _П во влажном воздухе), кг/м³.

7. Относительная влажность воздуха  - это отношение абсолютной влажности при данной температуре в данный момент к максимально возможной влажности при той же температуре, т.е. при насыщенном влажном воздухе

 = . (2.4)

В формуле (2.4)  находится в долях единицы. Если правую часть формулы (2.4) умножить на 100, то  получают в %

 = · 100 , %. (2.5)

Относительная влажность воздуха может колебаться от  = 0 до  = 1 или 100%.

2. id – диаграмма влажного воздуха

Параметры влажного воздуха, рассмотренные выше, обычно определяют графическим путем при помощи id – диаграммы, предложенной проф. Л. К. Рамзиным в 1918 г.

На этой диаграмме по оси ординат откладывают энтальпию i в кДж/кг сухого воздуха, а по оси абсцисс – влагосодержание d в г/кг . Для более удобного расположения различных линий на диаграмме координатные оси располагают под углом 135⁰. При этом ось ординат располагается вертикально.

В связи с этим на id – диаграмме линии влагосодержания оказываются вертикальными, а линии энтальпии i – наклонными прямыми (см. рис. 2.2).

Рисунок 2.2. - id – диаграмма для влажного воздуха

На id – диаграмме также изображены линии постоянной температуры в виде прямых, имеющих наклон вверх, и линии постоянной относительной влажности в %.

Обычно id – диаграмма строится для 0,993 бар, т.е. для атмосферного давления, но она может быть использована с достаточной точностью и для других давлений, близких к основному.

Помнить, что процессы нагревания и охлаждения влажного воздуха протекают при d = const , т. е. по вертикальной прямой. Например, на рисунке 2.2 вертикалью 1-2 зафиксирован процесс нагревания влажного воздуха, очевидно, обратный процесс 2-1 будет процессом охлаждения этого воздуха. Нагревания и охлаждения влажного воздуха в данном случае подразумеваются без изменения влагосодержания. Например, подогрев воздуха в воздухоподогревателе или охлаждение его в воздухоохладителе.

Помнить также, что сушка какого-либо материала горячим воздухом происходит при неизменной энтальпии (тепла) влажного воздуха i = const , т. к. при сушке материала испарившаяся влага возвращает обратно теплоту к воздуху, а влагосодержание d воздуха возрастает. На рисунке 2.2 этот процесс наблюдается по линии 2-3. Процесс сушки в данном случае подразумевается идеальным, т.е. без учета потери теплоты в окружающую среду.