Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

1457

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
07.01.2021
Размер:
1.16 Mб
Скачать

lЭ1

 

IК UК

10 3,

 

 

 

G

где IК – сила тока, потребляемая электродвигателем компрессора, А; UК – напряжение, подаваемое на электродвигатель компрессора, В.

12. Работа электрического тока, кДж/кг, на II участке (подсистеме):

lЭ2

 

IH UH

10 3,

 

 

 

G

где IН – сила тока, потребляемая на нагрев трубы, А; UН

напряжение, подаваемое на нагрев трубы, В.

 

 

 

 

 

 

 

Результаты расчетов должны

быть

продублированы

в

форме

сводной табл. 1.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2

 

 

Результаты расчетов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Измеряемая величина

 

Обоз-

 

Едини-

 

Номера опытов

 

 

 

 

 

на-

 

ца

1

2

3

4

5

6

 

 

 

 

чение

 

изм.

 

 

1

 

 

2

 

3

4

5

6

7

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Атмосферное давление

 

 

рАТМ

 

Па

 

 

 

 

 

 

 

2.

Перепад давления воздуха

в

 

р

 

Па

 

 

 

 

 

 

 

воздухомере

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Плотность воздуха

по

 

Г

 

кг/м3

 

 

 

 

 

 

 

состоянию в горле воздухомера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

Расход воздуха

 

 

G

 

кг/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

Плотность воздуха в сечении

 

ρ2a

 

кг/м3

 

 

 

 

 

 

 

IIа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Средняя скорость потока

в

 

w2a

 

м/с

 

 

 

 

 

 

 

сечении IIa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

Плотность воздуха при выходе

 

ρ2

 

кг/м3

 

 

 

 

 

 

 

из трубы (сечение II)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

Средняя скорость потока при

 

w2

 

м/с

 

 

 

 

 

 

 

выходе из трубы (сечение II)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.

Работа электрического тока на

 

lЭ1

 

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

первом участке (подсистеме)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Изменение энтальпии потока

 

h1

 

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

на первом участке (подсистеме)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Измеряемая величина

 

Обоз-

Едини-

 

 

Номера опытов

 

 

 

 

 

на-

ца

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

 

 

 

 

 

 

чение

изм.

 

 

 

 

 

 

11.

Изменение кинетической

 

Экин1

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

энергии потока на первом участке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(подсистеме)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончание табл. 1.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.

Количество

теплоты,

 

qН1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отдаваемое на первом участке в

 

 

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

окружающую среду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13.

Работа

электрического тока

 

lЭ2

 

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на втором участке (подсистеме)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.

Изменение энтальпии потока

 

h2

 

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на втором участке (подсистеме)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.

Изменение

кинетической

 

Экин2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

энергии потока на втором участке

 

 

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(подсистеме)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.

Количество

теплоты,

 

qН2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отдаваемое на втором участке в

 

 

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

окружающую среду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17.

Общее

количество тепла,

 

qН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отдаваемое в окружающую среду

 

 

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

термодинамической системой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснения к расчетам некоторых величин при заполнении таблицы результатов расчета:

h1 h2a h1;

ЭКИН1

 

W 2

10 3;

 

 

2a

 

2

 

 

 

 

 

 

qH1 lЭ1

h1 ЭКИН1;

h2 h2 h2a;

 

W 2

W 2

ЭКИН 2

 

2

 

2a

10 3;

 

2

 

 

 

 

 

 

 

qH 2 lЭ2

h2

ЭКИН 2;

qH qH1 qH 2.

Контрольные вопросы

11

1.Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как достигается поставленная цель?

2.Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

3.Какими методами измеряется температура в данной работе?

4.Как измеряется и регулируется расход воздуха в данной работе?

5.На что расходуется мощность, подведенная к компрессору, и как она определяется?

6.Сформулируйте и напишите аналитические выражения первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой оболочек.

7.Каков физический смысл величин, входящих в уравнения

первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой оболочек?

8.Дайте определение и поясните физический смысл понятий теплоты и работы в технической термодинамике.

9.Что означают знаки « + » и « − » для теплоты и работы?

10.На что и каким образом влияет изменение нагрева трубы при постоянном расходе воздуха?

11.На что расходуется мощность, подведенная для нагрева трубы,

икак она определяется?

12.Как осуществляется выбор контрольных оболочек (границ) подсистем (системы) применительно к данной лабораторной работе?

13.В каком месте и почему границы подсистем (системы) размыкаются?

14.Что называется внутренней энергией рабочего вещества? Свойства внутренней энергии и расчетные формулы.

15.Что называется энтальпией рабочего вещества? Свойства энтальпии и расчетные формулы.

12

Лабораторная работа 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

1.Цель работы. Изучение термодинамических свойств влажного воздуха и процессов изменения параметров влажного воздуха.

2.Основные положения. В общем случае влажный воздух – это

гетерогенная смесь сухого воздуха, водяного пара и находящихся во взвешенном состоянии капель воды и кристаллов льда. Если во влажном воздухе отсутствуют капли воды и кристаллы льда, то влажный воздух является гомогенной парогазовой смесью сухого воздуха и водяного пара. Знание свойств влажного воздуха необходимо для расчетов систем вентиляции и кондиционирования воздуха, а также процессов сушки влажных материалов и изделий.

Влажный воздух можно рассматривать с некоторыми допущениями как газовую смесь, к которой применимы законы идеального газа.

Закон Дальтона формулируется так: общее давление смеси равно сумме парциальных давлений компонентов. Каждый газ ведет себя так, как если бы он был один в сосуде, занимая весь объем смеси:

р = рСВ + рП ,

где р – барометрическое давление; рСВ, рП – парциальное давление сухого воздуха и водяного пара.

Уравнение состояния для идеального газа может быть использовано для сухого воздуха и для водяного пара, находящегося во влажном воздухе, так как во влажном ненасыщенном воздухе влага находится в состоянии перегретого пара. Уравнение состояния можно записать в виде

р V = m R T,

или для 1 кг рабочего вещества:

р v = R T,

где р – парциальное давление компонента, Па; V – объем газовой смеси, м3;

m – масса газа, кг;

R – газовая постоянная рабочего вещества, Дж/(кг К); T – абсолютная температура, К;

13

v – удельный объем газа, м3/кг.

Содержание водяного пара во влажном воздухе может быть выражено через абсолютную, или относительную влажность, или через влагосодержание.

Абсолютная влажность воздуха характеризует массу водяного пара, которая содержится в 1м3 влажного воздуха.

Концентрация влаги в воздухе может изменяться. Воздух, который способен поглощать водяной пар, называется ненасыщенным, причем его способность к насыщению зависит от температуры. При насыщении воздух не поглощает влагу и избыточная влага начинает конденсироваться. Способность воздуха к насыщению характеризуется относительной влажностью .

Относительная влажность – это отношение концентрации водяного пара ненасыщенного воздуха или газа к концентрации водяного пара насыщенного воздуха или газа при одинаковых температурах и давлениях, т.е. это отношение плотности водяного пара при данных условиях к плотности, предельно возможной при той же температуре

итом же барометрическом давлении:

П ,

Н

где П – плотность пара в ненасыщенном состоянии (перегретого пара), кг/м3; Н – плотность пара в состоянии насыщения (сухого насыщенного пара), кг/м3.

Относительную влажность воздуха можно выразить с небольшой погрешностью отношением парциального давления пара в воздухе к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Ошибка при предположении, что водяной пар является идеальным газом, составляет ~ 1,5 %, что вполне допустимо при инженерных расчетах. Тогда относительная влажность влажного воздуха при температуре менее 100 ОС:

П рП .

Н рН

Для абсолютно сухого воздуха, когда рП = 0, относительная влажность тоже равна 0. Для влажного воздуха, насыщенного водяными парами, рП = рН и = 1. Поэтому можно сказать, что

14

относительная влажность является показателем степени насыщения воздуха водяными парами.

Влагосодержанием влажного воздуха называется масса водяного пара в граммах, приходящихся на 1 килограмм абсолютно сухого воздуха.

d1000 МП , г/кг сух. возд.,

МВ

где МП и МВ – массы водяного пара и сухого газа, кг.

Используя уравнение состояния для влажного воздуха, можно записать:

d 622

pH

, г/кг сух. возд.

 

p pH

Давление р, входящее в формулу, зависит от географического положения местности (для центральных частей России р = 745 мм рт. ст.). Влагосодержание воздуха зависит от относительной влажности, парциального давления насыщенного водяного пара и барометрического давления. Для насыщенного воздуха ( = 1) с возрастанием парциального давления (или температуры насыщения) увеличивается количество влаги в газе. С увеличением барометрического давления влагосодержание воздуха падает.

Энтальпию влажного воздуха, в котором содержится 1 кг сухого воздуха и d г влаги, можно представить как сумму энтальпий сухого газа и перегретого водяного пара. Энтальпия влажного воздуха, кДж/кг, обычно относится к 1 кг сухого воздуха:

d h hB hП 1000 ,

где hB = 1,006 t – энтальпия сухого воздуха, кДж/кг;

1,006 кДж/(кг К) – средняя теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении;

hП = 2500 + 1,97 t – энтальпия водяного пара, равная сумме его

теплосодержания при 0 ОС и теплоты перегрева от 0 ОС до t;

1,97 кДж/(кг К) – средняя теплоемкость перегретого водяного пара. Таким образом, энтальпия влажного воздуха, кДж/кг, на 1 кг

сухого воздуха определяется по формуле

h = 1,006 t + 0,001 d (2500 + 1,97 t).

15

Анализ формулы показывает, что энтальпия влажного воздуха возрастает с увеличением его температуры и влагосодержания.

Температурой точки росы, или температурой насыщения, называется та температура, до которой следует охладить влажный воздух (при постоянном влагосодержании), чтобы он стал насыщенным. При этом водяной пар конденсируется и выпадает в виде росы ( = 1). Температуры точки росы можно определить по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара как температуру насыщенного воздуха при парциальном давлении рН или по h-d-диаграмме влажного воздуха.

Схема и описание установки. Лабораторная установка (рис. 2.1) представляет собой прозрачный пластмассовый воздуховод 1, внутри которого установлен психрометр, состоящий из двух ртутных термометров: сухого 5 и «мокрого» 4.

5

4

1

6

3 9

8

 

 

H

 

 

 

 

10

 

7

 

 

11

2

12

Рис. 2.1. Схема установки: 1 – воздуховод; 2 – компрессор; 3 – баллончик с водой; 4 – мокрый термометр; 5 – сухой термометр; 6 – электронагреватель; 7 – автоклав; 8 – поворотная заслонка; 9 – труба «Вентури»; 10 – пьезометр; 11 – барометр; 12 – термометр

16

Мокрый термометр отличается от сухого тем, что его ртутный термобаллончик обернут тканью, смоченной водой. Мокрый термометр показывает температуру, которую имеет вода, содержащаяся во влажной ткани. Очевидно, что с поверхности мокрой ткани (если только влажный воздух не является насыщенным) происходит испарение воды.

Убыль влаги в процессе испарения компенсируется ее поступлением под действием капиллярных сил из специального баллончика 3 с водой. Для уменьшения погрешности показаний мокрого термометра компенсатором создается поток воздуха, скорость которого измеряется расходомерным устройством типа труба «Вентури» 9 по показаниям U-образного вакуумметра 10.

При достижении стационарного режима (разность показаний сухого и мокрого термометров не изменяется во времени) сухой термометр показывает истинное значение температуры влажного воздуха tС, а мокрый – температуру испаряющейся с поверхности ткани воды tМ.

Причем чем суше воздух, тем больше психрометрическая разность (tC tМ). Переход одного режима к другому осуществляется путем изменения температуры воздуха с помощью электронагревателя 6. В работе предусмотрена возможность изменения скорости воздушного потока с помощью поворотной заслонки 8, а также изменение влагосодержания путем впрыскивания в поток воздуха водяного пара, генерируемого в автоклаве 7. Измерение параметров окружающей среды выполняется с помощью ртутного барометра 11 и термометра 12. Результаты наблюдений вносятся в протокол (табл. 2.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.1

 

 

Результаты расчетов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Измеряемая величина

Обозна

Едини-

 

 

Номера опытов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-чение

ца

 

1

2

3

4

5

6

 

 

 

 

изм.

 

 

1.

Температура

сухого

tC

ОС

 

 

 

 

 

 

 

 

термометра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Температура

мокрого

tМ

ОС

 

 

 

 

 

 

 

 

термометра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Разряжение в «горле»

Н

мм

 

 

 

 

 

 

 

 

воздухомера

 

вод. ст.

 

 

 

 

 

 

 

 

17

 

Измеряемая величина

Обозна

Едини-

 

Номера опытов

 

-чение

ца

1

2

3

4

5

6

 

 

изм.

4. Показания барометра

В

мбар

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

Температура

tОКР

ОС

 

 

 

 

 

 

окружающей среды

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчетные формулы и расчеты.

1. Приступая к вычислениям, необходимо рассчитать истинное значение температуры мокрого термометра, ОС, по формуле

tM ' tM tC tM , 100

где tМ – показание мокрого термометра в психрометре, ОС;

– ошибка в процентах от измеренной психрометрической разности (tC tМ), определяемая по графику рис. 2.1 в зависимости от скорости потока воздуха;

tС – температура по сухому термометру, ОС.

18

Поправ- ка

психро- метри- ческой

разнос- ти,

%

60

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

0,0 м/с

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,051

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,126

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

0,253

8

 

 

 

 

 

 

 

0,506

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

1,012

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

0,3

2,53

 

 

 

 

 

 

 

0,2

5,06

 

 

 

 

 

 

 

0,01

10,12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,08

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,06

 

 

 

 

 

 

 

 

0,05

0,03

0,02

0,01

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Показания смоченного термометра, ОС

Рис. 2.2. График для определения величины ошибки к показаниям мокрого термометра при разной скорости воздуха

2. Атмосферное давление, Па, находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле

рАТМ

В 102

 

.

1 1,815 10 4 tОКР

3. Перепад давления воздуха, Па, в воздухомере:

р g h.

где = 1000 кг/м3 – плотность воды в U-образном вакуумметре; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;

h – показание вакуумметра («горло») воздухомера, переведенное в м вод. ст.

19

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]