Основные теоретические положения. Исследование процессов во влажном воздухе

Цель работы.

Исследование процессов во влажном воздухе

Лабораторная работа № 6

Протокол испытаний

Лабораторная работа № 5 Исследование некоторых свойств воды и водяного пара.

Группа:

Дата испытаний:

Исполнители:

Исходные данные:

Барометрическое давление В = Па

Температура кипения воды t_s = °С

Количество воды в термостате G_в = кг

Водяной параметр установки W = кг

Средняя теплоёмкость воды c_p = кДж/кг·град

Скрытая теплота парообразования r = кДж/кг

Результаты испытаний:

Начальная температура воды в термостате t₁ = °С

Конечная температура воды в термостате t₂ = °С

Количество конденсата G_n = кг

Подписи исполнителей

Подпись преподавателя

Изучение процессов изменения состояния влажного воздуха, приобретение навыков измерения влажности с помощью аспирационного психрометра и I-d диаграммы.

В атмосферном воздухе всегда есть влага в виде водяного пара. Смесь сухого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом. Водяной пар в воздухе может быть в насыщенном или перегретом состоянии. Соответственно этому влажный воздух бывает:

- насыщенным влажным воздухом – смесь сухого воздуха с насыщенным водяным паром;

- ненасыщенным влажным воздухом – смесь сухого воздуха с перегретым водяным паром.

Температура, до которой необходимо охладить ненасыщенный влажный воздух, чтобы он стал насыщенным, называется температурой точки росы. При дальнейшем охлаждении влажного воздуха происходит конденсация пара.

Давление влажного воздуха определяется в виде суммы парциальных давлений воздуха и водяного пара:

(1)

Абсолютной влажностью называется масса пара, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха. Так как влажный воздух представляет из себя газовую смесь, то объём пара в смеси равен объёму всей смеси. Следовательно, абсолютная влажность может быть выражена через плотность пара ρ_п в смеси при своём парциальном давлении р_п:

(2)

где М_п – масса пара.

Для нахождения состояния влажного воздуха в части его насыщенности влагой пользуются понятием влагосодержания. Под влагосодержанием d понимается величина отношения массы пара, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха.

[ кг/кг ] или [ г/кг ] (3)

Влагосодержание можно выразить через парциальное давление пара р_п и давление влажного воздуха р. Для этого воспользуемся уравнениями состояния для сухого воздуха и водяного пара, содержащихся в V м³ влажного воздуха.

Разделив почленно первое уравнение на второе, получим:

Учитывая, что р_в = р – р_п, находим

(4)

Кроме абсолютной влажности и влагосодержания пользуются ещё понятием относительной влажности. Под относительной влажностью φ понимают отношение действительной абсолютной влажности ненасыщенного воздуха к максимально возможной абсолютной влажности воздуха при той же температуре:

(5)

Относительная влажность изменяется в пределах от φ = 0 (сухой воздух) до φ = 1 (воздух, насыщенный влагой).

Из уравнения Клапейрона р_п = R_п ρ_п T, р_max = R_п ρ_max T следует, что

(6)

Таким образом, если влажный воздух считать идеальным газом, то относительная влажность равна отношению парциального давления водяного пара в нём к максимально возможному давлению водяного пара при данной температуре.

Относительная влажность и влагосодержание влажного воздуха могут быть определены с помощью прибора, называемого психрометром. Существует несколько типов психрометров: станционные, аспирационные, дистанционные, самопишущие и др.

Рис.1. Аспирационный психрометр.

В данной работе используется аспирационный психрометр, общий вид которого показан на рис.1. Он состоит из двух ртутных термометров – сухого и смоченного. Смоченный термометр отличается от сухого тем, что его термоприёмник (резервуар с ртутью) обёрнут батистом и в процессе измерения поддерживается увлажнённым. Оба термометра (1) заключены в металлическую оправу, их резервуары помещены в трубки (2), соединённые с вентилятором (3). Вентилятор приводится во вращение пружинным механизмом и обеспечивает постоянный поток воздуха в районе резервуаров со скоростью 2 м/с. Для защиты от нагревания солнечными лучами все металлические части прибора никелированы.

Если влажный воздух, окружающий термометры, будет ненасыщенным, то с поверхности материи смоченного термометра будет испаряться вода и он покажет более низкую температуру t_м, чем температура сухого термометра t_с. Зная разность t_с - t_м, по специальным психрометрическим таблицам можно определить ряд характеристик влажного воздуха (относительную влажность, влагосодержание, точку росы и др.).

Для определения параметров влажного воздуха может быть использована i-d диаграмма, предложенная Л.К.Рамзиным в 1918 году (рис.2). При создании этой диаграммы использовано уравнение, связывающее энтальпию I, температуру t и влагосодержание d влажного воздуха.

Рис.2. I-d диаграмма влажного воздуха при р=760 мм рт.ст. (101325 Па).

Диаграмма строится в косоугольной системе координат. На этой диаграмме вертикальные линии – линии влагосодержания d (г/кг); линии, проведённые под углом 135° к вертикальным, являются линиями постоянных энтальпий. Кроме того на диаграмме имеются линии постоянных температур влажного воздуха, кривые относительной влажности φ воздуха, кривая парциальных давлений p_п = f(d). Диаграмма обычно строится для какого-либо среднего барометрического давления.

По i-d диаграмме, зная температуру t и относительную влажность φ, можно определить энтальпию I, влагосодержание d и парциальное давление p_п. По температурам сухого и смоченного термометров можно определить относительную влажность воздуха. При этом температура смоченного термометра принимается за точку росы (точка С), от которой проводится линия СМ постоянной энтальпии до пересечения с линией температуры сухого термометра в точке М. Положение последней между кривыми φ=const и определяет относительную влажность воздуха φ.

Процесс нагрева влажного воздуха на i-d диаграмме изображается вертикальной прямой линией (линия АВ) при d=const. Процесс охлаждения также протекает при d=const и изображается вертикальной прямой (линия МО). Этот процесс справедлив только до состояния полного насыщения (φ=100%). При дальнейшем охлаждении воздух будет пересыщен влагой, она будет выпадать в виде росы. Процесс конденсации условно можно считать проходящим по линии φ=100%, например, от точки О до точки S. Количество образовавшейся воды будет равно разности влагосодержания в этих точках.

Температура точки росы с помощью i-d диаграммы находится следующим образом. Из точки, характеризующей данное состояние влажного воздуха, проводится вертикаль до пересечения с линией φ=100%. Изотерма, проходящая через эту точку пересечения, и будет определять точку росы.

Дата добавления: 2017-01-14