Обработка результатов измерений

На основе показаний психрометров 6 и 7 по психрометрической таблице (см. прил. В) определить относительную влажность комнатного и выходящего с установки влажного воздуха φ₁ и φ₃.

По id – диаграмме определить энтальпию i₁ и влагосодержание d₁ комнатного воздуха, парциальное давление водяного пара р_1П в комнатном воздухе (на основе φ₁, t₁); энтальпию i₂ воздуха после нагревателя (на основе d₁= d₂); влагосодержание d₃ воздуха, выходящего из установки (на основе t₃ и φ₃).

По уравнению (2.1) рассчитать парциальное давление сухого воздуха р_1В и заполнить табл. 2.5.

Таблица 2.5

φ1, %	i1, кДж/кг	d1, г/кг с.в.	р1П, Па	р1В, Па	i2, кДж/кг	φ3, %	d3, г/кг с.в.

Массовый расход сухого воздуха рассчитывается по уравнению состояния идеального газа:

где R_B = 287 Дж/(кг·K) – газовая постоянная сухого воздуха; V – объемный расход воздуха, определяемый по градуировочному графику, (см. рис. 2.3), м³/ч.

Количество тепла, полученного воздухом в электронагревателе, рассчитывается по формуле (2.6).

Масса влаги М_П, полученная нагретым воздухом от высушиваемого материала, определяется по формуле (2.7).

Процессы нагревания воздуха 1-2 и сушки нагретым воздухом 2-3 изобразить на id – диаграмме (без соблюдения масштаба).

Определить систематическую погрешность измерения температуры воздуха t₁ на входе в установку:

где ∆t – абсолютная погрешность измерения температуры воздуха t₁, принимаемая равной половине цены деления шкалы прибора.

Вопросы

1. Устройство и принцип работы установки.

2. Назначение ротаметра, барометра, психрометра.

3. Устройство психрометра.

4. Признак выхода установки на стационарный режим.

5. Определение массового расхода сухого воздуха, количества тепла, полученного воздухом в электронагревательной камере.

6. Определение массы влаги, испаренной в сушильной камере.

Отчет по работе должен содержать: название лабораторной работы, цель работы, решение задач, схему экспериментальной установки, таблицу опытных данных, результаты обработки измерений, краткий вывод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ

Цель работы: ознакомиться с основными свойствами реального газа; научиться решать практические задачи, пользуясь диаграммами и таблицами термодинамических свойств воды и водяного пара.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ

Основные свойства реального газа

Исследования свойств реальных газов показали, что их свойства отклоняются от законов, справедливых для идеальных газов. Отклонения возрастают с увеличением плотности. При условиях, близких к нормальным, аргон, водород, гелий наиболее, а диоксид углерода, кислород, азот и воздух наименее близки к свойствам идеального газа.

Молекулы реальных газов в отличии от идеальных имеют определенные (конечные) размеры, и между ними существуют силы межмолекулярного взаимодействия. При малых межмолекулярных расстояниях внутренние силы действуют как силы отталкивания, а при значительных расстояниях между молекулами действуют силы взаимного притяжения.

Уравнение состояния реального газа можно представить в форме:

рυ= zRT, (3.1)

где z – коэффициент сжимаемости, являющийся сложной функцией температуры и плотности (или давления), характеризует отклонение свойств реального газа от идеального.

Для идеального газа при любых параметрах z=1, а уравнение состояния – уравнение Клапейрона имеет вид:

рυ= RT (3.2)

Состояние реального газа описывает уравнение Ван-дер-Ваальса. Оно дает количественное представление о поведении газов, плотность которых не очень велика, и качественное представление о конденсации и критическом состоянии вещества. Большинство других существующих уравнений состояния применимы лишь в узком интервале переменных, либо имеют значительно более сложный вид. В связи с этим в инженерной практике широкое распространение получили различные таблицы и диаграммы.

В составе уравнения Ван-дер-Ваальса имеются две поправки, учитывающие отклонения реального газа от идеального.

Первая поправка учитывает объем молекул. Молекулы реального газа имеют определенные размеры. Если обозначить объем, занимаемый молекулами V_мол и зазорами между ними V_заз, то свободный объем для движения молекул будет равен V-b, где b= V_мол+ V_заз. Величина b – тот наименьший объем, до которого можно сжать газ.

Согласно уравнению Клапейрона давление идеального газа определяется как:

(3.3)

и для реального газа с учетом величины b:

(3.4)

как видно из этих формул при одинаковой температуре давление в реальных газах будет больше.

Меньший свободный объем у реального газа в сравнении с идеальным приводит к большему числу соударений молекул реального газа о стенки, следовательно, к повышению давления.

Вторая поправка учитывает влияние сил взаимодействия между молекулами.

В идеальном газе молекулы движутся хаотично и удары о стенку сосуда ничем не ограничены, ввиду отсутствия сил взаимодействия между молекулами.

В реальном газе молекулы, находящиеся у стенок сосуда, притягиваются соседними молекулами внутрь сосуда. Количество ударов молекул о стенки сосуда, а значит и давление, будет меньше, чем в идеальном газе на величину ∆р, учитывающую силы взаимодействия между молекулами. Эта поправка ∆р прямо пропорциональна как числу притягиваемых, так и числу притягивающих молекул, или прямо пропорциональна квадрату его удельного объема:

(3.5)

где - коэффициент пропорциональности, принимающий для каждого газа определенное значение; ρ – плотность газа.

Уравнение Ван-дер-Ваальса принимает вид:

(3.6)

Уравнение качественно верно отображает поведение реальных веществ в жидком или газообразном состоянии. Для двухфазных состояний оно неприменимо.