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
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. 2-1^х

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 = Р_в + Р_п . (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 темпеP_н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

P_П

P_П_max

P

t_росы

t=const

Х=0

Х=1

К



ратура воздуха t и парциальное давление водяного пара Р_п.

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 Р_{п max} = Р_н.

Абсолютная влажность  - это массовое количество водяных паров в одном кубическом метре влажного воздуха. Для ее определения используется величина, обратная удельному объему водяного пара при Р_п 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 %, Р_п<�Р_н, <�", водяной пар во влажном воздухе в виде перегретого пара (точка 1).

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

3. Перенасыщенный влажный воздух- =100 %, Р_п=Р_н, =", 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 (Р_вп<�Р_п), 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

U_Н

U_О

Рис.3.1. Схема экспериментальной установки:

1 – восьмиканальный измеритель температуры, 2 – U-образный манометр, 3 – разъемы для подключения вольтметра, 4 – тумблер переключения измерения напряжения U_н на нагревателе и U_о 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)	t_р ^oC	p_п 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

Р_П2 = 20 мм рт ст = 2666.6 Па

кг/м³

кг/м³

Где: р₂ - давление воздуха перед диафрагмой; Т₂ – температура воздуха перед диафрагмой в К; R_ВВ – газовая постоянная влажного воздуха; р_п2 – 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

U_н – напряжение на электрическом нагревателе в В,

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

Теплота, воспринятая воздухом в калорифере, рассчитывается по выражению

Q_В=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 Q_к в Вт, G в кг/c, d₃ и d₁ в г/(кг. с.в.).

Q_К	Q_В				Q	Q_Д
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>