3.1.2 Визначення показників вологого газу за допомогою I – d (х) –діаграми

I – х – діаграма (мал. 3.1) була розроблена проф. Рамзіним Л.К. у 1918 р. для спрощення розрахунків показників вологого газу. На вісі ординат I – d - діаграми (мал. 3.2) наносяться значення температури t, °С (мал. 3.2, в) і ентальпії I (мал. 3.2, а), ккал/кг, а по вісі абсцис - значення вологовмісту повітря d, г/кг (або х, кг/кг) (мал. 3.2, г). Лінії постійного вологовмісту паралельні вісі ординат (мал. 3.2, б). Відстані між лініями постійних температур при переміщенні зліва направо зростають, тобто ці лінії розходяться у вигляді віяла - теплоємність газів з ростом температури зростає.

Мал. 3.1 - I—d – діаграма тепловологосного стану повітря

Від вісі ординат під невеликим кутом до горизонту нанесені лінії постійної температури — ізотерми, похилі лінії постійної ентальпії криві відносної вологості. Крива, відповідна φ = 100%, розділяє поле I – х - діаграми на дві частини: вище за φ = 100% розташовується область насиченого повітря, в якому водяна пара знаходиться в перегрітому стані, нижче — область туману.

В області туману ізотерми різко відхиляються від ізотерм ненасиченого повітря. На кривій φ = 100% стан повітря характеризується повним насиченням вологою. Під шкалою вологовмісту в нижній частині I – d - діаграми нанесена шкала парціального тиску водяної пари (мал. 3.2, д).

Користуючись I – d - діаграмою за будь-якихми відомими двома параметрами повітря, можна знайти всі інші його параметри. Наприклад, необхідно на I – d - діаграмі знайти точку, що характеризує повітря з параметрами t = 20°С, φ = 30%, і визначити решту його параметрів. Також можливо знайти відносну вологість повітря або газу, якщо температура за сухим термометром становить 20^оС, а мокрим термометром – 10^оС (мал. 3.1). У наведеному прикладі розрахунку, виконаному з використанням I – d - діаграми, прийнято барометричний тиск 760мм.рт. ст.

t2

б) Лінія вологовмісту

в) Лінія температури

а) Лінія ентальпії

д) Лінія парціального тиску водяних пар

г) Лінія відносної вологісті

Мал. 3.2 - Лінії побудови I—d - діаграми

Рішення. На осі ординат (мал. 3.1) знаходимо ізотерму 20^оС. Точка, яку шукають, лежить на перетині ізотерми з кривою φ = 30% - точка А. Із знайденої точки проводимо пряму, паралельну вісі ординат, і на шкалі визначаємо величину вологовмісту d = 4,5 г/кг = 0,0045 кг/кг. На шкалі парціального тиску визначаємо тиск водяної пари — 5,5 мм.рт.ст. Лінія, що проходить через знайдену точку і паралельна лініям ентальпії, характеризує ентальпію повітря в даній точці I = 7,5 ккал/кг.

На перетину ізотерми 10°С з кривою φ = 100% знаходимо точку та з неї відкладаємо лінію вгору, паралельну ентальпії, до перетину з ізотермою 20°С. Знайдена точка характеризує параметри повітря і відносну вологість, яка склала 26%.

3.2 Опис лабораторної установки

Для визначення вологості повітря в лабораторній роботі використовується аспіраційний психрометр Ассмана (рис. 3.3). Прилад складається з двох ртутних термометрів - сухого 1 і вологого 3, закріплених в оправі, і оснащений вентилятором 2, що забезпечує транспортування повітря через прилад.

Ртутні кульки термометрів мають подвійний трубчастий захист (з повітряним зазором між трубками), що оберігає їх від нагрівання сонячними променями. Для досягнення більшого ефекту зовнішня поверхня трубок ретельно полірується і нікелюється. Трубки пластмасовим трійником сполучені з повітропровідною трубкою, на верхньому кінці якої укріплена вентиляційна головка.

За допомогою вентилятора через прилад транспортується досліджуване повітря, завдяки чому забезпечується постійність психрометричого коефіцієнта в розрахунковому виразі, а також усувається вплив теплового випромінювання. Вологість повітря можна визначити розрахунком або за допомогою I – d – діаграми, за показниками сухого і вологого термометрів аспіраційного психрометра.

Розрахунком вологість повітря визначають через парціальний тиск водяної пари. Парціальний тиск водяної пари у досліджуваному повітрі Р_В (Па) визначається як

, (3.1)

де Р_В.НАС.^В - парціальний тиск (пружність) насиченої водяної пари при температурі вологого термометра (табл. 3.1), Па;

0,5 - постійний психрометричний коефіцієнт, величина якого визначається швидкістю руху повітря в приладі (5м/с);

t_С – показники сухого термометра аспіраційного психрометра, ^оС;

t

Мал. 3.3 - Аспіраційнний психрометр Ассмана

_В – показники вологого термометра аспіраційного психрометра, ^оС;

В – барометричний тиск повітря в місці заміру, Па;

101325 - середній барометричний тиск атмосферного повітря, Па.

Відносну вологість повітря в приміщенні (%) визначають, знаючи абсолютну вологість, за формулою:

, (3.2)

де Р_В. – абсолютна вологість повітря (парціальний тиск водяної пари), Па;

Р_В.НАС^С - парціальний тиск (пружність) насиченої водяної пари при температурі сухого термометра (табл. 3.1), Па.

Абсолютна вологість повітря визначається за формулою, кг/кг:

х = 0,622, (3.3)

де f’ = - вологість повітря виражена в кілограмах на 1 м³ вологого повітря за нормальних умов, кг/м³;

0,804 - щільність водяної пари за нормальних умов, кг/м³.

Таблиця 3.1 — Пружність насиченої водяної пари залежно від температури

Температура, оС	Пружність насиченої водяної пари, Па	Температура, оС	Пружність насиченої водяної пари, Па	Температура, оС	Пружність насиченої водяної пари, Па	Температура, оС	Пружність насиченої водяної пари, Па	Температура, оС	Пружність насиченої водяної пари, Па
10,0	9,209	15,0	12,788	20,0	17,735	25,0	24,471	30,0	31,842
10,5	9,521	15,5	13,205	20,5	18,085	25,5	24,471	30,5	32,748
11,0	9,844	16,0	13,634	21,0	18,650	26,0	25,209	31,0	33,695
11,5	10,175	16,5	14,076	21,5	19,211	26,5	25,152	31,5	34,668
12,0	10,518	17,0	14,130	22,0	19,827	27,0	26,304	32,0	35,663
12,5	10,870	17,5	14,227	22,5	20,440	27,5	27,539	32,5	36,684
13,0	11,231	18,0	15,477	23,0	21,068	28,0	28,344	33,0	37,729
13,5	11,604	18,5	15,971	23,5	21,714	28,5	29,183	33,5	38,801
14,0	11,987	19,0	16,477	24,0	22,377	29,0	30,043	34,0	39,898
14,5	12,382	19,5	16,999	24,5	23,060	29,5	30,929	34,5	41,024

Визначити вологість повітря (газового потоку) (абсолютну і відносну) можна, користуючись показниками психрометра по психрометричному графіку (рис. 3.4).

Визначення відносної вологості за психрометричним графіком проводиться таким чином: по вертикальних лініях відзначають показники сухого термометра, а по похилих - показники вологого термометра. На перетині цих ліній отримують значення відносної вологості повітря.

Мал. 3.4 - Графік для визначення відносної вологості повітря