Определение параметров влажного воздуха указания к компьютерной лабораторной работе №2 Самара Самарский государственный технический университет



Скачать 252.1 Kb.
НазваниеОпределение параметров влажного воздуха указания к компьютерной лабораторной работе №2 Самара Самарский государственный технический университет
Дата04.06.2013
Размер252.1 Kb.
ТипЛабораторная работа
источник




ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»



К а ф е д р а «Теоретические основы теплотехники и гидромеханика»


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА


Указания к компьютерной

лабораторной работе №2


Самара

Самарский государственный технический университет

2008


Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ


УДК 621.1


^ Определение параметров влажного воздуха:- метод. указ./ Сост. Р.Ж.Габдушев, М.С.Антимонов, . Самара, Самар.гос.техн.ун-т; 2008. 17с.


Основная задача работы – ознакомить студентов с теорией о термодинамических параметрах влажного воздуха и научить определять эти параметры. Знание свойств влажного воздуха и процессов, происходящих с ним, является необходимым для инженера-теплотехника. Предназначены для студентов дневного отделения II-III курса, обучающихся по специальностям 140101, 140104 теплоэнергетического факультета.


УДК 621.1


Составитель: Р. Ж. Габдушев, М. С. Антимонов,


Рецензент: д-р техн. наук, проф. А.А. Кудинов


© Р.Ж. Габдушев, М.С. Антимонов, составление, 2008

© Самарский государственный технический университет, 2008


Лабораторная работа №2


^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА


Цель работы - изучение термодинамических свойств влажного воздуха и процессов изменения параметров влажного воздуха.


^ Основные положения


Влажный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяного пара. Знание свойств влажного воздуха необходимо для расчетов процессов сушки влажных материалов и изделий, а также систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Влажный воздух можно рассматривать с некоторыми допущениями как газовую смесь, к которой применимы законы идеального газа.

Закон Дальтона формулируется так: общее давление смеси равно сумме парциальных давлений компонентов. Каждый газ ведет себя так, как если бы он был один в сосуде, занимая весь объем смеси:

(1)

где В − барометрическое давление; и − парциальные давления, соответственно, сухого воздуха и водяного пара.

Уравнение состояния для идеального газа может быть использовано как для сухого воздуха, так 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 следующем виде:

, (2)

или для 1 кг рабочего тела:

, (3)

где р − парциальное давление компонента, Па; V − объем газовой смеси, ; m − масса газа, кг; R − газовая постоянная, Дж/(кг·К); Т − абсолютная температура, К; v − удельный объем газа, /кг.

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

Абсолютная влажность воздуха характеризует массу водяного пара, которая содержится в 1влажного воздуха. Так как объем водяного пара в 1влажного воздуха также составляет 1, то можно сказать, что абсолютная влажность численно равна плотности водяного пара в смеси , . Таким образом, абсолютная влажность представляет собой объемную концентрацию пара. Концентрация влаги в воздухе может изменяться. Воздух, который способен поглощать водяной пар, называется ненасыщенным, причем эта его способность к насыщению зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше движущая сила процесса сушки, определяемая разностью парциальных давлений паров растворителя над материалом и в окружающем воздухе. Влага переходит из материала в воздух до наступления состояния равновесия. При насыщении воздух не поглощает влагу, и избыточная влага начинает конденсироваться. Поэтому в процессе сушки очень важно знать способность воздуха к насыщению, которая характеризуется относительной влажностью φ. Относительная влажность — это отношение концентрации водяного пара ненасыщенного воздуха или газа к концентрации водяного пара насыщенного воздуха или газа при одинаковых температурах и давлениях, т. е. это отношение плотности водяного пара при данных условиях к плотности, предельно возможной при той же температуре и том же барометрическом давлении:

, (4)

где − плотность пара в ненасыщенном состоянии (перегретого пара), кг/; − плотность пара в состоянии насыщения (сухого насыщенного пара), .

Относительную влажность воздуха можно выразить с небольшой погрешностью отношением парциального давления пара в воздухе к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Ошибка при предположении, что водяной пар является идеальным газом, составляет приблизительно 1,5%, что вполне допустимо при инженерных расчетах. Тогда относительная влажность воздуха при температуре t менее 100°С:

. (5)

При температуре выше 100°С относительная влажность определяется по формуле:

, (6)

где В − барометрическое давление, Па; – плотность пара в состоянии насыщения, .

Для абсолютно сухого воздуха, когда =0, относительная влажность тоже равна 0. Для воздуха, насыщенного водяными парами, = и φ=1. Поэтому можно сказать, что относительная влажность является показателем степени насыщения воздуха водяными парами.

Влагосодержанием влажного воздуха называется масса водяного пара в граммах, приходящаяся на 1 килограмм абсолютно сухого воздуха:

, (7)

где и — массы водяного пара и сухого газа, кг.

Используя уравнение состояния (2) для влажного воздуха, запишем:

(8)

Величина ^ В, входящая в формулу, зависит от географического положения местности (для центральных частей России В≈
745 мм.рт.ст.). Влагосодержание воздуха зависит от относительной влажности, парциального давления насыщенного водяною пара и барометрического давления. Для насыщенного воздуха (φ=1) с возрастанием парциального давления (или температуры насыщения) увеличивается количество влаги в газе. С увеличением барометрического давления влагосодержание воздуха падает. При температуре более 100°С рн=В, тогда формула для влагосодержания приобретает следующий вид:

. (9)

т.е. величина d при t > 100 °С зависит только от φ.

Теплосодержание влажного воздуха, в котором содержится 1(кг) сухого воздуха и d (г) влаги, можно представить как сумму теплосодержаний (энтальпий) сухого газа и перегретого водяного пара. Теплосодержание I влажного воздуха относится обычно к 1кг сухого воздуха:

, (10)

где = 1,006·t – энтальпия сухого воздуха, кДж/кг (1,006 – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении, кДж/(кг·К); = (2500+1,97·t) – энтальпия водяного пара, равная сумме его теплосодержания при 0°С и тепла перегрева от 0°С до t (1,97 – средняя удельная теплоемкость перегретого водяного пара, кДж/(кг·К).

Таким образом, теплосодержание влажного воздуха на 1кг сухого воздуха определяется по формуле:

. (11)

Из этой формулы видно, что энтальпия влажного воздуха возрастает с увеличением его температуры и влагосодержания.

Температура точки росы является одной из характеристик влажного воздуха. По этой температуре можно определить относительную влажность воздуха. 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 (φ=1). Парциальное давление водяного пара рп равно давлению в состоянии насыщения рн. Температуру точки росы можно определить по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара как температуру насыщенного воздуха при парциальном давлении насыщения рн или по I−d диаграмме влажного воздуха (рис.1).

I-d диаграмма влажного воздуха

Расчеты, связанные с влажным воздухом, достаточно кропотливы. Их значительно упрощает предложенная в 1918 году Л.К.Рамзиным ^ I-d диаграмма влажного воздуха. Такая диаграмма построена для давления влажного воздуха 745 мм.рт.ст., что соответствует среднему годовому значению барометрического давления в центральных районах России.

На диаграмме (рис.1) нанесены:

линии постоянных влагосодержания d (г/кг сух.в.), идущие вертикально (серый цвет);

линии постоянных энтальпий ^ I (кДж/кг сух.в) – прямые, проведенные под углом 135о к оси ординат (фиолетовый цвет);

линии постоянных температур влажного воздуха (оС) (красный цвет);

изотермы мокрого термометра (оС) - линии зеленого цвета);

линии постоянных относительных влажностей (коричневый цвет).

В нижней части диаграммы нанесена линия, выражающая зависимость парциального давления водяного пара от влагосодержания .

Изотермы сухого и мокрого термометров, соответствующие одному и тому же значению температуры, пересекаются на линии насыщенного воздуха, т.е. на линии. Эта линия является пограничной кривой. Область над кривой является областью ненасыщенного воздуха. В этой области в воздухе находится перегретый пар. Под кривой расположена область тумана, т.е. область таких состояний, когда в воздухе присутствуют и пар, и мельчайшие капельки жидкости (влажный пар).



Рис.1. I-d диаграмма влажного воздуха


^ Опытное определение относительной влажности


Наиболее часто состояние влажного воздуха задается двумя параметрами - его температурой и относительной влажностью. Измерение температуры воздуха не представляет трудности и осуществляется чаще всего с помощью ртутного термометра. Для определения относительной влажности применяются специальные приборы - психрометры и гигрометры.



Рис.2. Психрометр


Чаще всего на практике пользуются психрометром (рис.2). Он имеет два ртутных термометра – «сухой» 2 и «мокрый» 1, чувствительная часть которого обернута тканью, смоченной водой. При этом «сухой» термометр показывает действительную температуру воздуха, а «мокрый» - с некоторой степенью приближения - теоретическую температуру «мокрого» термометра. Степень приближения температуры, которую покажет «мокрый» термометр, будет тем ближе к теоретической, чем меньше сказывается приток тепла к термометру посредством излучения и теплопроводностью через выступающий столбик. Отсчет показаний по «сухому» и «мокрому» термометру производят в момент, когда температура «мокрого» термометра достигнет минимума.

По показаниям психрометра относительная влажность воздуха может быть определена с помощью специальных психрометрических таблиц. Однако проще определить относительную влажность и другие параметры (влагосодержание, парциальное давление) при помощи I-d диаграммы. Для этого необходимо найти точку пересечения изотермы, соответствующей температуре сухого термометра с изотермой мокрого термометра tм . Эта точка (точка А на рис.3) и определит состояние влажного воздуха.

Соответствующее значение относительной влажности может быть найдено по диаграмме.



Рис.3. I-d диаграмма (упрощенный вид)


^ Нахождение температуры точки росы


Чтобы найти температуру точки росы, необходимо из точки А, характеризующей состояние влажного воздуха, провести вниз линию d=const до пересечения с кривой . Изотерма, проходящая через эту точку, определит температуру точки росы (рис.3, точка В).


^ Определение парциального давления пара


Чтобы определить парциальное давление пара во влажном воздухе, состояние которого характеризуется точкой А, нужно спроектировать точку А по вертикали на кривую парциального давления (см. рис.3, точка ^ С) и затем по горизонтали на ось рп находящуюся с правой стороны.


Схема и описание установки


Лабораторная установка (рис.4) состоит из прозрачного пластмассового воздуховода 1, внутри которого установлен психрометр. Психрометр состоит из двух ртутных термометров: «сухого» 5 и «мокрого» 4. «Мокрый» термометр отличается от сухого тем, что его ртутный термобаллончик обернут тканью, смоченной водой. Таким образом, мокрый термометр показывает

Рис. 4. Схема лабораторной установки


температуру, которую имеет вода, содержащаяся во 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 водой. Для уменьшения погрешности показаний мокрого термометра компрессором 2 создается поток воздуха, скорость которого измеряется расходомерным устройством типа труба «Вентури» 9 по показаниям U-образного вакуумметра 10. При достижении стационарного режима (разность показаний сухого и мокрого термометров не изменяется во времени) сухой термометр показывает истинное значение температуры влажного воздуха , а мокрый − температуру испаряющейся с поверхности ткани воды .

Причем, чем суше воздух, тем больше психрометрическая разность (). Переход от одного режима к другому осуществляется путем изменения 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. Результаты наблюдений вносятся в протокол (таблица 1).


Таблица 1

№ п/п

Измеряемая величина

Обозна-

чение

Единицы измер.

Номера опытов

1

2

3

4

5

6

1

Температура сухого термометра

tc

oC



















2

Температура мокрого термометра

tм

oC



















3

Разрежение в «горле» воздухомера

Н

мм.вод.ст



















4

Показания барометра

В

мбар



















5

Температура окружающей среды

tокр

oC




















^ Расчетные формулы и расчеты


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

,

где − показание мокрого термометра в психрометре, °С; ∆ − ошибка в процентах от измеренной психрометрической разности (), определяемая по графику (рис. 2) в зависимости от скорости потока воздуха; − температура по сухому термометру, °С.

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

.

3. Перепад давления воздуха в воздухомере:

,

где ρ – плотность воды в U-образном вакуумметре, равная 1000 ; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 ; Н – показание вакуумметра («горло») воздухомера, переведенное в м.вод.ст.

4. Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера:

,

где R – газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/(кг·К).

5. Расход воздуха:

.

6. Средняя скорость потока W определяется по уравнению

,

где F – площадь проходного сечения для потока воздуха, равная величине 0,0177.

7. Плотность воздуха ρ в рассматриваемом сечении при атмосферном давлении по формуле:

.

8.Определение относительной влажности:

а) по психрометрической формуле

,

где − давление насыщения водяного пара при измеренной температуре мокрого термометра; − давление насыщения водяного пара при температуре сухого термометра.

Величины и находятся по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара или по рекуррентной формуле полинома:





Рис. 5. График для определения величины ошибки к показаниям мокрого термометра при разной скорости воздуха


б) по I−d диаграмме (рис.1) для нахождения относительной влажности на диаграмме следует найти точку пересечения изотерм и . Затем путем интерполяции между линиями φ=const определяется относительная влажность в %. Кроме того, по I−d диаграмме влажного воздуха в соответствии с найденным положением точки изотерм и , определяются: влагосодержание, теплосодержание (энтальпия), температура точки росы и парциальное давление водяного пара во влажном воздухе.

9. Поправочный коэффициент А, учитывающий влияние скорости воздуха, находится по формуле:



где ^ В − барометрическое давление; W − скорость воздуха, м/сек.

10. Абсолютная влажность воздуха определяется по уравнению состояния:

,

здесь и далее φ – относительная влажность в долях единицы; – газовая постоянная водяного пара равная 462 Дж/(кг·К); − давление насыщения водяного пара при температуре сухого термометра, Па.

11. Парциальное давление пара во влажном воздухе по формуле:

.

Результаты расчетов по формулам и найденные по I−d диаграмме влажного воздуха должны быть продублированы в форме сводной таблицы 2.

Таблица 2

№ п/п

Расчетная

величина

Обознач.

Един.

измер.

Номера опытов

по расчету

по I-d диаграмме

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

1

Истинное значение мокрого термометра



oC





































2

Относительная влажность

φ

%





































3

Влагосодержание

d

г/кг сух.в





































4

Абсолютная влажность



кг/м3



















-

-

-

-

-

-

5

Теплосодержание (энтальпия)

I

кДж/кг





































6

Парциальное давление пара

рп

Па





































7

Парциальное давление насыщения

рн

Па





































8

Температура точки росы



oC

-

-

-

-

-

-




















Контрольные вопросы


1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как достигается поставленная цель?

2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

3. Как Вы понимаете такие состояния, как насыщенный и ненасыщенный влажный воздух?

4. Как Вы относитесь к термину «пересыщенный» влажный воздух?

5. Как формулируется и записывается закон парциальных давлений для влажного воздуха?

6. Что называется абсолютной, относительной влажностью и влагосодержанием влажного воздуха?

7. Как выражается и из чего складывается теплосодержание (энтальпия) влажного воздуха?

8. Почему с увеличением температуры влажного воздуха его относительная влажность уменьшается?

9. Чем Вы можете объяснить влияние скорости воздуха на отклонение показания смоченного термометра от истинного значения температуры мокрого термометра?

10. Как устроена диаграмма I-d влажного воздуха и, каким образом определяются параметры влажного воздуха с помощью диаграммы по показаниям сухого и мокрого термометров?

11. Покажите на диаграмме и поясните процессы «сухого» нагрева и охлаждения влажного воздуха.

12. Покажите на диаграмме и поясните процесс адиабатного насыщения влажного воздуха.

13. Дайте определение понятию точки росы. Как определяется температура точки росы на диаграмме?

14. Какова связь между относительной влажностью воздуха и его влагосодержанием?

15. Дайте вывод аналитической формулы для расчета абсолютной влажности воздуха.

16. Дайте вывод аналитической формулы для расчета влагосодержания воздуха.

17. Дайте вывод аналитической формулы для расчета теплосодержания (энтальпии) воздуха.

^ Библиографический список


1) Техническая термодинамика. Учеб. пособие для втузов / Кудинов В.А., Карташов Э.М. -4-е изд., стер. - М.: Высш.шк., 2005, -261 с.

2) Кудинов В.А., Карташов Э.М. Техническая термодинамика. Учеб. пособие для втузов. М.: Высш.шк., 2000, -261 с.

3) Теплотехника: Учебник для вузов. Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М., ред . В.Н.Луканин. – М.: Высш. шк., 2000. – 671 с.

4) Теплотехника: Учебник для студентов втузов/А.М.Архаров, С.И. Исаев, И.А.Кожинов и др.; Под общ.ред. В.И.Крутова. – М.: Машиностроение, 1986. – 432 с.

5) ^ Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высш.шк., 1980, -469 с.

6) Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. М.: «Машиностроение», 1973, 344 с.

7) Техническая термодинамика: Методические указания. Самарский государственный технический университет; Сост. А.В.Темников, А.Б.Девяткин. Самара, 1992. -48 с.


^ СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

  1. Название и цель работы.

  2. Схема экспериментальной установки.

  3. Таблица измеренных в опыте величин.

  4. Необходимые расчеты и графики.

  5. Выводы по работе.



Определение параметров влажного воздуха


Составитель: Габдушев Руслан Жамангараевич

Антимонов Максим Сергеевич


Редактор В. Ф. Е л и с е е в а

Технический редактор В. Ф. Е л и с е е в а


Подп. в печать 07.06.08. Формат 60х84 1/16. Бум. офсетная. Печать офсетная.

Усл. п. л. 0,7. Усл. кр.-отт. .Уч-изд. л. 0,69. Тираж 50. Рег №220.

________________________________________________________________________________


Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244.

Главный корпус.


Отпечатано в типографии

Самарского государственного технического университета

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244.

Корпус № 8.





3

4

17


5

16


15

6


7

14


13

8


9

12


10

11

Добавить документ в свой блог или на сайт


Похожие:



Если Вам понравился наш сайт, Вы можеть разместить кнопку на своём сайте или блоге:
refdt.ru


©refdt.ru 2000-2013
условием копирования является указание активной ссылки
обратиться к администрации
refdt.ru