Министерство образования Украины

Приазовский государственный технический

университет

Методические указания

к выполнению лабораторной работы № 40

Исследование процессов во влажном воздухе

( для студентов специальности 8.090406 )

Мариуполь 2010 г.

Министерство образования Украины

Приазовский государственный технический университет

Методические указания

к выполнению лабораторной работы № 40

Исследование процессов во влажном воздухе

( для студентов специальности 8.090406 )

Утверждено

на заседании кафедры теплофизики и

теплоэнергетики металлургического

производства

Протокол № ___ от _________ 2010 г.

Мариуполь 2010 г.

УДК 621.036.

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 40 “Исследование процессов во влажном воздухе”.

( для студентов специальности 8.090406 )

В данной лабораторной работе даются понятия влажного воздуха , насыщенного и ненасыщенного влажного воздуха. Понятия абсолютной и относительной влажности, влагосодержания. Точка росы.

Составитель Р.Д.Куземко

Зав.каф. ТТМП В.А. Маслов

Мариуполь 2010 г.

3

Лабораторная работа № 40

Исследование процессов во влажном воздухе.

Основные свойства влажного воздуха

Влажным воздухом называется смесь сухого воздуха с водяным паром, а наиболее общим случаем - с водяным паром и очень мелкими каплями воды или кристаллами льда.

Процессы во влажном воздухе часто встречаются в практике инженера-теплотехника, например, при расчете и эксплуатации сушилок, при решении вопроса о выборе оптимальной температуры уходящих из котлоагрегата дымовых газов, если в его топке сгорает многосернистое и влажное топливо (здесь важно не допустить выпадания росы на трубах экономайзера, которое ведет к коррозии металла труб), при сжатии воздуха в компрессоре и т.д. Поэтому знание свойств влажного воздуха и процессов, происходящих с ним, является необходимым.

Так как чаще всего процессы во влажном воздухе протекают при давлениях , близких к атмосферному, его свойства достаточно хорошим приближением могут быть описаны уравнениями для смесей идеальных газов. Нужно только иметь в виду, что водяной пар, входящий в небольших количествах во влажный воздух, при часто встречающихся на практике температурах, конденсируется, а иногда и замерзает, т.е. ведет себя как истинно реальный газ. Это обстоятельство осложняет расчеты, делает расчетные формулы несколько более сложными, чем обычные формулы для смесей идеальных газов, которые вообще не могут конденсироваться. По этому при расчетах, касающихся влажного воздуха, часто пользуются графическими и графоаналитическими методами. Согласно закону Дальтона каждый газ, входящий в смесь, находиться под своим (парциальным) давлением, а сумма парциальных давлений компонент равный давлению смеси.

4

По этому можно записать соотношение

Р_воз. = Р_с.возд. + Р _п ( 1 )

Здесь: Р_воз. - давление влажного воздуха (смеси) ;

Р_с.возд. - парциальное давление сухого воздуха в смеси;

Р_п - парциальное давление пара.

Если температура влажного воздуха t_возю, следовательно, и пара во влажном воздухе - больше температуты насыщения t_s, соответствующей парциальному давлению пара, то пар в таком воздухе не насыщает пространство и является перегретым. Такое состояние пара соответствует точке 1 на Р - Y - диаграмме (рис.1). Если не насыщенный влажный воздух охлаждать при Р = const, то может наступить момент начала конденсации, когда

Р _п = Р _s (Р_{s -} давление насыщенного пара ). Это состояние пара во влажном воздухе соответствует точке А. При этом будет справедливо соотношение

t_возд. = t_п = t_s , Р = Р_п

В этом случае пар во влажном воздухе становится сухим насыщенным. При дальнейшем охлаждении смеси пар начнет конденсироваться, т.е. будет наблюдаться образование тумана (выпвдение росы).

Температура, равнaя температуре насыщения при парциальном давлении пара, называется температурой точки росы, т.е.

t_рос = t_s , Р = Р_п

Абсолютной влажностью воздуха _п называется количество кг пара в 1 м³ влажного воздуха. Так как обьем пара в смеси равен обьему всей смеси, абсолютная влажность оказывается равной п л о т н о с т и пара при своем парциальном давлении и температуре влажного воздух

19

11) Потери тепла в сушильной камере характеризуются разностью энтальпий i₂ - i₃ ,потому что если бы этих потерь не было, существовало бы равенство i₂ = i₃ . Эти потери оавны

Q_c.к.^пот = m_c.воз. ( i₂ - i₃ ) кДж ( 16 )

12) Действительное количество тепла, затрачиваемое на 1 кг испаренной влаги равно

q = W_ / m_с.воз. ( d₃ - d₁ ) , кДж/ кг.исп.вл. ( 17 )

Отчет о проделанной работе

Отчет должен содержать схему установки и краткое ее описание, журнал наблюдений, i - d - диаграмму, с нанесенными процессами и все необходимые расчеты.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Список ссылок

1. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейдлин А.Е. Техническая термоди­намика: Учеб. для теплоэнергетич. спец. вузов.- 4-е изд. –М.: Энергоатомиздат, 1983.- 416с.

2. Вукалович М.П., Новиков И.И. Техническая термодинамика -М.: Энергия, 1968. -с. 231-250.

3. Андрющенко Л. И. Основы технической термодинамики реальных про­цессов. - М.: Высшая школа, 1975 - 264 с.

4. Ривкин С.А., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара – М.: Энергия, 1980 - 423 с.

5. Вукалович М.П. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара.-М.: Издательство стандартов, 1969г. – 408 с.

6. Рабинович 0.М. Сборник задач по технической термодинамики.- М.: Машиностроение, 1973 - 343 с.

7. Зубарев В.И., Александров А.А., Охотин B.C. Практикум по технической термодинамике. - 3-е издание.- М.: Энергия, 1986 - 304 с.

8. Сборник задач по технической термодинамике. Учебное пособие для вузов. / Т.Н. Андрианова, Б.В. Дзямпов, В.Н. Зубарев, С.А. Ремизов.- М.: Энергоатомиздат, 1981, - 240с.

18

рис. 3

5

_п = m_п / V_воз. = m_п / V_п , кг/ м³

Относительной влажностью воздуха  называется отношение абсолютной влажности _п к максимальновозможной при температуре влажного воздуха. Иначе - это есть отношение плотности пара во влажном воздухе к плотности пара, насыщающего пространство при неизменной температуре

 = _{п /} _max 100 % ( 3 )

В виду того, что водяной пар рассматривается как идеальный газ, для которого при постоянной температуре плотности прямо пропорциональны давлениям - можно с достаточной степенью точности считать верной формулу

 = Р_п / Р_max 100 % ( 4 )

Соотношение пара соответствующее его максимальной плотности при t = t_воз = const, т.е. плотности сухого насыщенного пара, соответствует точке В на рис. 1. Значение этой плотности находится в таблицах свойств водяного пара (Л.1 , табл.1).

Иногда случается, что температура влажного воздуха оказывается большей, чем температура насыщения при давлении Р_воз. (при давлении смеси), например, состояние, зафиксированное точкой 2 на рис.1. В этом случае пространство оказывается насыщенным только тогда, когда все оно заполняется одним только паром. Максимально возможное количество пара в данном обьеме будет иметь место при полном отсутствии сухого воздуха. Величину _max тогда следует искать в таблицах перегретого пара как функцию Р_воз и t_воз

Энтальпия отдельных компонент смеси расчитывается по приближенным формулам, написанным с учетом ранее принятого положения об идеальности газообразных составляющих. Энтальпия сухого воздуха

6

Рис. 1

17

10) Тепловые потери калорифера определяются разностью между теплом, действительно выделяемым нагревателем и величиной Q_к

Q_к^пот = 0,001 W_ - m_с.воэ. ( i₂ - i₁ ) , кДж ( 15 )

где - 0,001W₁ кВт - мощность, измеряемая в опыте.

рис.2

16

материала. Разность влагосодержаний есть количество испаренной из материала влаги на 1 кг сухого воздуха.

6) Разница энтальпий воздуха i₃ и i₁ определяет количество тепла на 1 кг сухого воздуха, переданное нагревателем воздуху, за вычетом потерь тепла в окружающую среду калорифером и сушильной камерой.

7) Определить количество сухого воздуха m_с.воз. во влажном воздухе, объемный расход которого V_с.воз. измерен при помощи счетчика, m_с.воз находится из уравнения состояния

m_с.воз. = Р_с.воз. V_воз. / R_с.воз. Т₁ ( 11 )

Парциальное давление Р_с.воз находится по разности

Р_с.воз = В - Р_п м/ м² ( 12 )

где Р_{п -} парциальное давление пара во влажном воздухе, которое находится из формулы ( 6 ) с учетом того, что Р_воз. равно барометрическому давлению В.

Для проверки следует найти приближенное значение Р_п по i - d - диаграмме.

8) Количество испаренной влаги за время опыта нужно подсчитать по формуле

m = 0,001 ( d₃ - d₁ )_. m _с.возд. , кг ( 13 )

9) Количество тепла, воспринятое сушильным агентом в калорифере, равно

Q_к = m _с.возд. ( i₂ - i₁ ) , кДж ( 14 )

7

точкой 2 на рис.1. В этом случае пространство оказывается насыщенным только тогда, когда все оно заполняется одним только паром. Максимально возможное количество пара в данном обьеме будет иметь место при полном отсутствии сухого воздуха. Величину _max тогда следует искать в таблицах пергретого пара как функцию Р_возд и t_возд ( точка С на рис.1).

Влагосодержанием d влажного воздуха называется отношение массы (в граммах) воды в виде пара, жидкости или льда во влажном воздухе к массе (в килограммах) сухого воздуха

d = m_воды / m_с.возд , г / кг _с.возд. ( 5 )

Эта величина употребляется во всех расчетах, связанных с влажным воздухом.

Усли имеется в виду газообразная часть смеси или тот случай, когда жидких частиц воды в смеси нет - связь между парциальным давлением пара и влагосодержанием определяется формулой

d = 622 Р_п / Р_возд - Р_п ( 6 )

Зная асолютную влажность _п и влогосодержание d, можно определить плотность влажного воздуха _возд по

формуле

_возд = _п ( d + 1000 ) / d ( 7 )

Энтальпия влажного воздуха, которую принято отсчитывать от состояния воды в тойной точке (т.е. практически от t = 0 ^оС), для удобства расчетов также относится к 1 кг сухого воздуха. В общем виде выражение для энтальпии смеси, не содержащей твердых частиц воды ( а это обстоятельство соответствует услрвиям описываемого эксперимента), записывается следующим образом

8

i = C _р^воз t = 1, 00 t, кДж / кг с.воз

энтальпия пара

i = r ( t_ср ) + С^п_р t = 2501 + 1,92, кДж / кг

энтальпия жидкой воды

i = С^ж_р t = 4,19 , кДж / кг

В этих формулах все теплоемкости приняты независящими от давления и от температуры, а теплота парообразования воды

r ( t_тр. ) отнесена к температуре в тройной точке.

После подстановки значений энтальпий составляющих в основную формулу получается следующее расчетное уравнение для энтальпий

i_воз = t + d_р / 1000 ( 2501 + 1,92t ) + d_ж / 1000 ^. 4,19t, кДж/кг.с.в. (9)

Опытное определение относительной влажности .

Относительная влажность  наиболее точно определяется с помощью прибора, называемого психрометром. Психрометр состоит из двух поставленных рядом термометров; шарик одного из них обернут марлей, постоянно смачиваемой водой. Через эти термометры с достаточно большой скоростью продувается воздух, относительную влажность которого требуется измерить.

Вследствие испарения воды с поверхности марли ее температура понижается. В результате тепло-и массообмена воздуха с водой марли устанавливается равновесие, которому соответствует температура, которую показывает термометр, обернутый марлей, и которую принято называть “температурой

мокрого термометра” t_м .Она оказывается меньшей, чем температура “сухого” термометра t_сух., показывающего действительную температуру влажного воздуха.

Существуют психрометрические таблицы, по которым, зная t_сух и “психрометрическую разность” t_сух - t_м , можно определить относительную влажность

15

Таблица опытных данных

Время	Мощность на клеммах нагреват.	Термо	ЭДС тер	мопар
мин.	деления	Перед су- шилкой	За сушил- кой	“сухая”	“мокрая”
	W	Е1	Е2	Е3	Е4