САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПЕТРА ВЕЛИКОГО

Институт Энергетики

Высшая школа атомной и тепловой энергетики

Лабораторная работа ТД - 4

"Исследование процессов во влажном воздухе"

Студент гр. 3231401/20002 ______Школьников А.С.

Студент гр. 3231401/20002 ______Сирош С.А.

Преподаватель ________________ Павлов А. В.

Содержание

1. Введение 3

2. Описание установки 6

3. Результаты эксперимента 9

4. Обработка результатов 10

5. Вывод 11

1. Введение

Влажный воздух – смесь сухого воздуха с водяным паром, которую обычно считают близкой к идеальному газу. Однако в некоторых случаях водяной пар конденсируется, или, наоборот, вода, находящаяся в контакте с воздухом, испаряется и переходит в его состав. Эти особенности учитывают, используя графические методы исследования.

Как всякая смесь идеальных газов, влажный воздух подчиняется закону Дальтона:

где – давление влажного воздуха; – парциальное давление сухого воздуха; – парциальное давление водяного пара.

Относительная влажность воздуха называют отношение

где – плотность водяного пара во влажном воздухе данного состояния; – плотность сухого насыщенного пара при той же температуре.

Влагосодержанием называют количество водяного пара, приходящееся на единицу массы сухого воздуха:

Энтальпия рассчитывают на единицу массы сухого воздуха ctr

где h – энтальпия влажного воздуха, кДж/кг,

1,00 – изобарная теплоемкость воздуха,

1,00 – изобарная теплоемкость пара,

1,00 – изобарная теплоемкость воды,

2501 – теплота парообразования воды в тройной точке,

t, °C – температура влажного воздуха,

– массовое содержание пара и жидкости, сконденсировавшейся из воздуха, соответственно.

С учетом значений теплоемкостей и теплоты парообразования формула выше имеет вид

Расчеты процессов во влажном воздухе ведут с помощью h–d-диаграммы, которую построил в 1918 г. Л.К. Рамзин. Положение основных линий на этой диаграмме показано на рисунке 1. Здесь же нанесены линии парциальных давлений водяного пара p_п, построенные при атмосферном давлении B = 745 мм рт. ст.

Штриховыми линиями на диаграмме отмечены изотермы мокрого термометра t_м – температуры воды, поверхность которой обдувают потоком влажного насыщенного ( = 100 %) воздуха. С температурой сухого термометра t_с  t c изотермы t_м пересекаются на линии насыщения. Рассмотрим процессы во влажном воздухе, происходящие при сушке материалов (древесины, пищевых продуктов и т.п.). Схема сушильной установки и процессы во влажном воздухе представлены на рисунке 2

Рисунок 1 – h-d – Диаграмма влажного воздуха

Рисунок 2 – Схема (а) диаграмма процессов во влажном воздухе (б) при сушке материалов

2. Описание установки

Схема установки представлена на рисунок 3, б. Комнатный воздух при температуре t₁ подается насосом 7 в калорифер 8, где он нагревается до температуры t₂ (сухая термопара) и затем поступает в сушильную камеру 9 по трубке 10. Влажность поступающего в сушильную камеру воздуха определяют по показаниям сухой t₂ и влажной t₃ термопар. Из отверстий 11 трубки 10 горячий воздух протекает через смоченную водой хлопчатобумажную ткань. Вода для смачивания ткани подается порциями (20…30 мл) капельницей 13 через каждые 10…15 мин в течение опыта. На выходе из сушильной камеры находятся две термопары 14 и 15: t₄ – сухая, t₅ – мокрая.

На передней панели установки (рисунок 3,а) находятся восьмиканальный измеритель температуры 1 типа УКТ38, подключенный к пяти хромель-копелевым термопарам t₁, t₂, t₃, t₄, t₅ (рисунок 3,б), U-образный манометр 2 для измерения перепада давления воздуха на дроссельной шайбе 16 (используется для расчета массового расхода воздуха), тумблер «Сеть», тумблер «Насос», разъемы 3 для подключения мультиметра 5, переключатель 4 для измерения напряжения U_н на нагревателе калорифера и падения напряжения U₀ на образцовом сопротивлении, последовательно включенном в цепь нагревателя. На задней панели установки расположены розетки для подключения регулятора напряжения 6 на нагревателе калорифера и насоса 7.

Рисунок 3 – Экспериментальная установка

3. Результаты эксперимента

Таблица 1

Результаты измерений

Номер опыта	t1	t2	t3	t4	t5	U0	Uн
	°C					В
1	28,9	64	24,3	22,1	24,0	0,134	120
2	30	72,2	61,4	22,6	26,3	0,133	120
3	30,5	75	67,2	23,4	28,7	0,133	120
4	31,1	77,1	69,2	24,3	31,3	0,134	120
5	31,3	77,5	69,7	24,8	32,9	0,133	120
6	31,8	78,3	70,4	25,4	34,2	0,133	120
7	32	78,5	70,7	25,6	34,9	0,133	120
8	30,5	77,8	70,2	25,6	35,4	0,133	120

B = 749 мм рт. ст.

t = 27 °C

= 41 %

см

4. Обработка результатов

Определим мощность нагревателя:

где R₀ = 0,1 Ом – величина образцового сопротивления

W = 160,8 Вт

Таблица 2

Результаты расчетов

Номер точки	Температура, °C	Энтальпия h, кДж/кг	Влагосодержание α, г/кг	Относительная влажность φ,%
1	30,5	58	11	41
2	77,8	108	11	4
3	70,2	108	15	7
4	25,6	64	15	71

(кДж) – теплота для испарения влаги

(Дж)

q = = (Дж/кг) – действительное количество теплоты, затраченное на 1 кг испаряемой влаги

Рисунок 4 – Процессы на h-d - диаграмме

5. Вывод

В данной лабораторной работе были исследованы процессы во влажном воздухе; рассчитаны значения удельной энтальпии, влагосодержания и относительной влажности. В ходе выполнения работы была использована h-d диаграмма процессов во влажном воздухе. Так же было рассчитано количество теплоты, затраченное на 1 кг испаряемой влаги. Экспериментальное значение значительно больше теоретического, что связано с неидеальными условиями проведения опыта и неточностью определений параметров влажного воздуха.

Санкт-Петербург

2023