Главная страница
Навигация по странице:

Исследование процессов изменения состояния влажного атмосферного воздуха



Скачать 322.62 Kb.
Название Исследование процессов изменения состояния влажного атмосферного воздуха
Анкор TTD_lab__3.docx
Дата 19.12.2017
Размер 322.62 Kb.
Формат файла docx
Имя файла TTD_lab__3.docx
Тип Исследование
#13198

Министерство образования и науки Российской Федерации


Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет

имени В.И. Ленина»


Кафедра теоретических основ теплотехники
Лабораторная работа №3


«ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ВЛАЖНОГО АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА»

Выполнил: студент гр. 2-1х

Добров Н.С.

Принял: доц. каф. ТОТ

Чухин И.М.

Оценка ___________


Иваново 2013

1. Цель работы
Изучение термодинамических свойств и процессов влажного атмосферного воздуха.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Влажный воздух - это смесь сухого воздуха и водяного пара. В воздухе при определенных условиях кроме водяного пара может находиться его жидкая (вода) или кристаллическая (лед, снег) фаза. В естественных условиях воздух всегда содержит водяной пар.

2.1. Основные характеристики влажного воздуха

Влажный воздух можно рассматривать как смесь сухого воздуха и водяного пара (жидкую и твердую фазы воды в воздухе пока считаем отсутствующими).

Используя законы для смесей газов, получим, что давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара:

Р = Рв + Рп . (3.1)

Для наглядности представления основных характеристик влажного воздуха изобразим в Р,v- диаграмме (рис.2.1) состояния водяного пара во влажном воздухе. В качестве определяющих параметров водяного пара во влажном воздухе используются темпеPнt

Рис.2.1. Основные состояния и характеристики водяного пара во влажном воздухе в P,v- диаграмме


В



А


3



2



1



v"

v

v

PП

PПmax

P

tросы

t=const

Х=0

Х=1

К




ратура воздуха t и парциальное давление водяного пара Рп.

Водяной пар во влажном воздухе может находиться в трех состояниях (рис.2.1): точка 1 - перегретый пар, точка 2 - сухой насыщенный пар, точка 3 - влажный насыщенный пар (сухой насыщенный пар плюс капельки жидкости в состоянии насыщения). Высшим пределом парциального давления водяных паров при данной температуре воздуха t является давление насыщения пара Рп max = Рн.

Абсолютная влажность  - это массовое количество водяных паров в одном кубическом метре влажного воздуха. Для ее определения используется величина, обратная удельному объему водяного пара при Рп и t, =1/v (кг/м3). Действительно, по закону Дальтона водяной пар занимает весь объем смеси, а его плотность соответствует массе водяного пара в одном кубическом метре влажного воздуха.

Необходимо отметить, что абсолютная влажность воздуха характеризует содержание в воздухе только одной - паровой фазы воды.

Относительная влажность  - это отношение абсолютной влажности к максимально возможной влажности воздуха при данной температуре:

, (3.2)

где " и v" - максимальная абсолютная влажность воздуха и удельный объем сухого насыщенного водяного пара при данной t.

Относительная влажность воздуха характеризует потенциальную возможность воздуха испарять влагу и забирать в себя пар из окружающей среды при данной температуре.

Максимальное содержание пара в воздухе соответствует точке 2 в Р,v- диаграмме, где пар сухой насыщенный. При переходе в область влажного пара при данной t (точка 3) в воздухе количество сухого насыщенного пара остается постоянным и соответствует точке 2. Для паровой фазы воды в этом случае удельный объем остается неизменным v"=const и минимально возможным при данной температуре воздуха, только к нему добавляются капельки воды в состоянии насыщения.

Различают 3 состояния влажного воздуха:

1. Ненасыщенный влажный воздух- <100 %, Рп<�Рн, <�", водяной пар во влажном воздухе в виде перегретого пара (точка 1).

2. Насыщенный влажный воздух - =100 %, Рпн, =", водяной пар во влажном воздухе в виде сухого насыщенного (точка 2).

3. Перенасыщенный влажный воздух- =100 %, Рпн, =", кроме сухого насыщенного пара в воздухе находятся капельки воды в состоянии насыщения или льда, снега (точка 3 при наличии капелек воды).

В технике используется такая характеристика влажного воздуха, как температураточки росы. Это такая температура, начиная с которой при охлаждении влажного воздуха при постоянном давлении из него начинается выпадение капелек воды (точка А процесса 1-А, рис. 3.1). При снижении температуры ниже точки росы при постоянном давлении всей смеси и постоянном содержании в ней H2О (процесс А-В) парциальное давление водяного пара уменьшается (Рвп<�Рп), количество сухого насыщенного пара уменьшается, а количество капелек воды увеличивается. В этом случае в P,v- диаграмме процесс А-В пойдет в области влажного пара с уменьшением степени сухости по мере снижения температуры.


3. Описание экспериментальной установки

Схемы экспериментальной установки и ее рабочего участка представлены на рис. 3.1 и 3.2.

Из помещения лаборатории воздух, состояние которого определяется барометром и психрометром 13, компрессором 7 подается в калорифер 19, где он нагревается с помощью электронагревателя, температура на входе и выходе калорифера измеряется термопарами 21 и 22, расход воздуха определяется с помощью расходомерной диафрагмы 18 по перепаду давления на ней, измеряемому U образным манометром 2. Далее нагретый воздух по трубке 15 поступает в сушильную камеру 14, где он, проходя через отверстия трубки 15, испаряет влагу из материи 16, которой обернута снаружи трубка. Вода подается на материю 16 через капельницу 17. Забрав в себя испаренную из материи влагу, воздух при температуре, фиксируемой сухой 23 и мокрой 24 термопарами выходит из сушильной камеры в помещение лаборатории.
11

10

9

8

12

6

5

4

3

2

1

UН

UО

Рис.3.1. Схема экспериментальной установки:

1 – восьмиканальный измеритель температуры, 2 – U-образный манометр, 3 – разъемы для подключения вольтметра, 4 – тумблер переключения измерения напряжения Uн на нагревателе и Uо на образцовом сопротивлении, 5 – вольтметр, 6 – регулятор напряжения на нагревателе калорифера, 7- компрессор, 8 – тумблер включения прибора измерения температуры, 9 – кнопка включения установки «сеть», 10 – кнопка включения компрессора, 11 – кнопка включения нагревателя, 12 – регулятор расхода компрессора, 13 – лабораторный психрометр

7

13

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

7

6

2















Uо

Uн

Рис.3.2. Схема рабочего участка установки:

2 – U образный манометр, 7 – компрессор, 6 – подключение к регулятору напряжения, 14 – сушильная камера, 15 – трубка с отверстиями, 16 – смоченная водой х/б ткань, 17 – капельница воды, 18 – расходомерная диафрагма, 19 – калорифер, 20 – образцовое сопротивление, термопары: 21 – на входе в калорифер, 22 – на выходе из калорифера, на выходе из сушильной камеры: 23 – сухая, 24 - мокрая



4. Обработка результатов эксперимента

Табл.1. Основные характеристики точек процесса 1-2-3.


Точка

t,

oC

d,

г/(кг с в)

tр

oC

pп

мм рт ст



H

кДж/(кг с в)

вв

кг/м3

1

27,3

17,5

23

20

0,77

73

0,0192

2

61,16

17,5

23

20

0,14

106,5

0,01727

3

31,03

27,5

29,7

32

0,94

102

0,0304

- давлении воздуха перед диафрагмой

РП2 = 20 мм рт ст = 2666.6 Па









,






кг/м3

кг/м3

кг/м3

Где: р2 - давление воздуха перед диафрагмой; Т2 – температура воздуха перед диафрагмой в К; RВВ – газовая постоянная влажного воздуха; рп2 – парциальное давление водяных паров в воздухе за калорифером (определяется по H,d – диаграмме); h – разница уровней воды в U образном манометре в м; g – ускорение свободного падения 9,81 м/c2.

, где d1 – влагосодержание водяных паров в воздухе за калорифером в г/(кг с. в.) определяется по H,d – диаграмме.
4.2 Определение потерь теплоты в калорифере и сушильной камере
Определение потерь теплоты в калорифере ведется сравнением теплоты, выделенной электрическим нагревателем калорифера, и теплоты воспринятой воздухом в калорифере.

Теплота, выделенная электрическим нагревателем калорифера, рассчитывается по формуле

, Вт



Uн – напряжение на электрическом нагревателе в В,

I – ток на электрическом нагревателе в А, который определяется по Ro=0,1 Ом - образцовому сопротивлению 20 рис.3.2, последовательно включенному в цепь с нагревателем, как I=Uo/Ro.

Теплота, воспринятая воздухом в калорифере, рассчитывается по выражению

QВ=G(H2-H1), кВт

где H2 и H1 – энтальпии влажного воздуха на выходе и входе в калорифер в кДж/(кг с в).



Потери теплоты в калорифере во внешнюю среду определяются как разность . кВт



Расчетное выражение потерь теплоты в сушильной камере во внешнюю среду выполняется по формуле-

, кВт

где H2 и H3 – энтальпии влажного воздуха на входе и выходе из сушильной камеры соответственно в кДж/(кг с в).



Общие потери теплоты в установке соответствуют сумме

. кВт



4.3. Определение количества теплоты, необходимой для испарения 1 кг воды в установке

Для определения количества теплоты необходимого для испарения 1 кг влаги в данной установке сперва рассчитывается количество сухого воздуха необходимого для испарения 1 кг воды по формуле

, (кг с. в.)/(кг исп. вл.),

где (d3-d1) – количество водяного пара испаренное 1 кг сухого воздуха в г.



Количество теплоты, затраченной в калорифере на нагрев воздуха, для испарения 1 кг воды будет соответствовать выражению

. кДж/(кг исп. вл.)

Действительное количество теплоты, затраченное в установке, для испарения 1 кг воды будет соответствовать выражению

, кДж/(кг исп. вл.)

где Qк в Вт, G в кг/c, d3 и d1 в г/(кг. с.в.).





QК

QВ









Q

QД

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт







0,02839
















5. Вывод

Установили, что нагрев воздуха в калорифере позволяет снизить удельный расход воздуха для испарения 1 кг влаги до величины qсухв .

Наибольшие потери в окр. среду соответствуют =0,003675кВт , а наименьшее в калорифере Qк=0,00103кВт

Количество теплоты необходимое для испарения 1 кг влаги в ходе сушки составляет Qд=3476,18

Содержание:

1)Цель работы; схема экспериментальной установки……………….2

2)Основные теоретические положения………………………………2-3

3)Журнал наблюдений…………………………………………………….6

4)Обработка результатов……………………………………………….7-9

5)Вывод……………………………………………………………………..10

Библиографический список

1.Чухин, Иван Михайлович. Термодинамические свойства реальных газов и паров: учеб. пособие/ И.М. Чухин, В.И. Коновалов; Министерство образования Российской Федерации, Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина.- Иваново, 2003.-100с.

2.Александров, Алексей Александрович. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: справ./ А.А. Александров, Б.А. Григорьев.-М.:Изд-во МЭИ, 1999.-168 с.

3.Зубарев, Владимир Николаевич. Практикум по технической термодинамике: учеб. Пособие для вузов /В.Н.Зубарев, А.А. Александров, В.С. Охотон.-М: Энергоатомиздат, 1986-304 с.

</100>
написать администратору сайта