1681

Окончание табл. 1.2

1.Сформулируйте цель лабораторной работыИи 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?

11

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

чек?

8. Дайте определен е и поясните физический смысл понятий теп-

каются?

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

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

Д И

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

Влажный воздух можно рассматривать с некоторыми допущения-

где р – барометрическоеАдавление; рСВ, рП – парциальное давление сухогоДвоздуха 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 И

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;

v – удельный объем газа, м3/кг.

13

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

Абсолютная влажность воздуха характеризует массу водяного па-

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 .

ловияхлениях, т.е. это отношение плотности водяного пара при данных ус- к плотности, предельно возможной при той же температуре и

Относ тельная влажность – это отношение концентрации водяного

пара ненасыщенного воздуха или газа к концентрации водяного пара насыщенного воздуха ли газа при одинаковых температурах и дав-

том же барометр ческом давлении:

П ,Н

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

альным газом, составляет ~ 1,5 %, что вполне допустимо при инженерных расчетах. Тогда относительная влажность влажного воздуха при температуре менее 100 ОС:

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 относительная влажность является показателем степени насыщения воздуха водяными парами.

14

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:

парциального давлен я насыщенного водяного пара и барометрического давлен я. Для насыщенного воздуха ( = 1) с возрастанием парциального давлен я (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,

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 сухо-

го воздуха определяется по формуле

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

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

15

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.

хема оп сан е установки. Лабораторная установка (рис. 2.1) представляет собой прозрачный пластмассовый воздуховод 1, внутри

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

Мокрый термометр отличается от сухого тем, что его ртутный термобаллончик обернут тканью, смоченной водой. Мокрый термометр показывает температуру, которую имеет вода, содержащаяся во

16

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 Сводой. Для уменьшения погрешности показаний мокрого термометра

компенсатором создается поток воздуха, скорость которого измеряется расходомерным устройством типа труба «Вентури» 9 по показани-

ям U-образного вакуумметра 10.

го и мокрого термометров не изменяется во времени) сухой термометр показывает ст нное значение температуры влажного воздуха t , а мокрый – температуру испаряющейся с поверхности ткани воды tМ.

ПричемПри дост жен стационарного режима (разность показаний сухо-

чем суше воздух, тем ольше психрометрическая разность (tC – tМ). Переход одного режима к другому осуществляется путем изменен я 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.

17

4. Расчетные формулы и расчеты.

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

где tМ – показание мокрого термометра в психрометре, ОС;

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

18

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

7. Плотность воздуха, кг/м3, в рассматриваемом сечении при атмосферном давлении:

R tC 273 .

8. Определение относительной влажности: а) по психрометрической формуле, %,

19

где рМ – давление насыщенного водяного пара при измеренной температуре мокрого термометра;

рН – давление насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра.

Значения величин рМ и рН находятся по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара или по формуле полинома:

р = 610,41 + t (44,49 + t (1,143 + t (2,61 10-4 + t 2,85 10-6))), Па.

Поправочный коэффициент А, учитывающий влияние скорости

где В – барометр ческое давление; w – скорость воздуха, м/с. б) по h-d-д аграмме ( . 2.3).

Для нахожден я относительной влажности на диаграмме следует найти точку пересечен я изотерм tC и tМ. Затем путем интерполяции между линиями = const определяется относительная влажность в процентах.

Кроме того, по h-d-диаграмме влажного воздуха в соответствии с

Здесь и далее – относительная влажность в долях единицы; RП = 462 Дж/(кг К) – газовая постоянная водяного пара; рН – давление насыщения водяного пара при температуре сухого термометра, Па.

10. Парциальное давление пара во влажном воздухе, Па, находится по формуле

рП = рН.

Результаты расчетов по формулам и найденные по h-d-диаграмме влажного воздуха должны быть продублированы в форме сводной табл. 2.2.

20