50520

Исследование процессов во влажном воздухе

Лабораторная работа

Физика

Изучение процессов изменения состояния влажного воздуха приобретение навыков измерения влажности с помощью аспирационного психрометра и Id диаграммы. Смесь сухого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом. 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. При дальнейшем охлаждении влажного воздуха происходит конденсация пара.

Русский

2014-01-25

138.5 KB

10 чел.

4

Лабораторная работа

Исследование процессов во влажном воздухе

  1.  Цель работы.

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

2. Основные  теоретические   положения.

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  ρп в смеси при своём парциальном давлении рп:

(2)

где  Мп –  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 рп 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  рв =  р – рп , 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  рп = Rп ρп T ,  рmax = Rп ρmax 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.

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 tм, чем температура сухого термометра tс. Зная разность tс - tм , 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 pп = 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 pп. 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.

  1.  Описание лабораторной установки.

Схема лабораторной установки приведена на рис.3. Лабораторная установка состоит из климатической камеры (1), в которой находится электрический нагреватель (3). На нагревателе устанавливается увлажнитель (2), представляющий собой открытый сосуд с водой. Для определения влажности воздуха используется аспирационный психрометр, который может быть подвешен в камере на специальном крючке. Для вентилирования  камеры служит электровентилятор (5). Вентилятор и нагреватель питаются от сети переменного тока напряжением 220 В. Для их включения необходимо вставить соответствующие штепсели в розетки, расположенные на лабораторном столе.

Рис. 3. Схема лабораторной установки.

  1.  Проведение опытов.

Перед началом работы лабораторная установка приводится в исходное состояние:

  •  камера (1) сообщается с атмосферой лаборатории и термостатируется;
    •  в стакан (2) заливается примерно 50 мл водопроводной воды;
    •  нагреватель (3) и вентилятор (5) от сети отключены.

Порядок выполнения работы следующий.

1. Привести психрометр в рабочее состояние (смочить батист мокрого термометра водой, взвести пружину вентилятора) и измерить начальное состояние воздуха в камере, т.е. зарегистрировать tс и tм.

2. Снять стакан (2) с нагревателя (3), оставив его в камере. Закрыть дверки камеры и включить нагреватель. Через 10 минут после включения ввести в камеру психрометр с работающим вентилятором и смоченным водой батистом мокрого термометра. Через 2 минуты выполнить по психрометру 3 измерения с интервалом 30 секунд.

3. Извлечь психрометр из камеры и установить на нагреватель (3) стакан с водой (2). Через 3 минуты после начала кипения воды внести в камеру подготовленный психрометр и через 2 минуты выполнить 3 измерения с интервалом 30 секунд.

4. Отключить питание нагревателя (3), снять с него стакан (2) и включить вентилятор (5) при закрытых дверцах камеры (1). Через 3 минуты внести в неё психрометр и через 2 минуты выполнить 3 измерения с интервалом 30 секунд.

5. Открыть дверцы камеры. Через 5 минут выключить вентилятор и измерить конечное состояние воздуха.

  1.  Обработка результатов опытов.

Результаты измерения в опытах 2-4 усредняются. С помощью i-d диаграммы для опытов 1-5 определяется: относительная влажность, энтальпия, влагосодержание и парциальное давление водяного пара во влажном воздухе. В масштабе, в косоугольной системе координат с осями i-d вычерчиваются процессы изменения состояния влажного воздуха: при подогреве без увлажнения (опыты 1, 2), при подогреве с увлажнением (опыты 2, 3), при работе вытяжной вентиляции с закрытыми дверцами (опыты 3, 4), при работе вентилятора с открытыми дверцами (опыты 4, 5).

Производится сравнение реальных процессов с теоретическими и анализируются причины их различия.

  1.  Оформление отчёта.

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

  •  цель работы;
    •  краткие теоретические положения;
    •  описание и схему установки;
    •  протокол испытаний;
    •  обработку результатов опытов (приводятся определённые по диаграмме значения φ, I, d, pп)
    •  графики изменения состояния влажного воздуха в осях i-d;
    •  анализ полученных результатов.

Протокол  испытаний

Лабораторная  работа  №          Исследование  процессов во влажном воздухе.

Группа:

Дата  испытаний:

Исполнители:

Результаты  испытаний:

Опыт 1.         

Измеряемая величина

Значение

Температура сухого термометра tс , °С

Температура мокрого термометра tм ,°С

Опыт 2.

Измеряемая величина

№ измерения

Среднее значение

1

2

3

Температура сухого термометра tс , °С

Температура мокрого термометра tм ,°С

Опыт 3.

Измеряемая величина

№ измерения

Среднее значение

1

2

3

Температура сухого термометра tс , °С

Температура мокрого термометра tм ,°С

Опыт 4.

Измеряемая величина

№ измерения

Среднее значение

1

2

3

Температура сухого термометра tс , °С

Температура мокрого термометра tм ,°С

Опыт 5.         

Измеряемая величина

Значение

Температура сухого термометра tс , °С

Температура мокрого термометра tм ,°С

                     Подпись  исполнителей

                     Подпись  преподавателя


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10674. Моделирование контекста и функциональных требований к системе 233 KB
  Практическая работа №1 Моделирование контекста и функциональных требований к системе Цель работы: изучение диаграммы прецедентов: ее элементов актеров и прецедентов и основных типов связи между ними получение основных навыков построения диаграммы прецедентов в п...
10675. Проблема сознания в философии. Идеальное бытие сознания 99 KB
  Проблема сознания в философии. Идеальное бытие сознания. Наличие сознания разума уникальная человеческая черта. Его возможности принято считать безграничными. Именно благодаря разуму человечество сумело занять господствующее положение в биосфере. Но каким образ
10676. Основной вопрос и основные направления философии 43.5 KB
  Основной вопрос и основные направления философии 1. Общее понятие основного вопроса философии его стороны. Основным в философии традиционно считается вопрос об отношении мышления к бытию а бытия к мышлению сознанию. Важность данного вопроса заключается в том что
10677. Слово про похід Ігорів 15.4 KB
  Слово про похід Ігорів Як краще розповісти про похід Ігорів за зразком давнього співця Бояна чи за вимогами сучасності Ігор Святославович укріпив ум силою а серце вигострив мужністю й повів свої хоробрі полки на землю Половецьку за землю Руську. Ігор чекає свого бра
10678. Балада БОНДАРІВНА 14.55 KB
  Балада БОНДАРІВНА У містечку Богуславку Каньовського пана Там гуляла Бондарівна як пишная пава. У містечку Богуславку сидить дівок купка Межи ними Бондарівна як сива голубка. Прийшов до них пан Каньовський та й шапочку ізняв Обійняв він Бондарівну та й поцілував. Ой ...
10679. Історичні пісні. Ой Морозе, Морозенку 14.16 KB
  Ой Морозе Морозенку Історичні пісні Ой Морозе Морозенку Ти славний козаче За тобою Морозенку Вся Вкраїна плаче. Не так тая Україна Як та стара мати Заплакала Морозиха Та стоячи біля хати. Ой зза гори та зза кручі Буйне військо виступає. Попереду Морозенко Сивим ко...
10680. Пісня про Богдана Хмельницького Чи не той то Хміль 14.13 KB
  Чи не той то Хміль Пісня про Богдана Хмельницького Історичні пісні Чи не той то хміль Що коло тичин вється Ой той то Хмельницький Що з ляхами бється. Чи не той то хміль Що по пиві грає.. Ой той то Хмельницький Що ляхів рубає. Чи не той то хміль Що у пиві кисне Ой той...
10681. Енеїда - Котляревський Іван 16.48 KB
  Енеїда Котляревський Іван Після загибелі Трої Еней разом з товаришами відпливає у море. Еней був парубок моторний І хлопець хоть куди козак Удавсь на всеє зле проворний Завзятіший од всіх бурлак. Но греки як спаливши Трою Зробили з неї скирту гною Він взявши торбу т...
10682. Катерина - Шевченко Тарас 16.06 KB
  Катерина Шевченко Тарас Кохайтеся чорнобриві Та не з москалями Бо москалі чужі люди Роблять лихо з вами. Москаль любить жартуючи Жартуючи кине, Піде в свою Московщину А дівчина гине... Катерина закохується в москаля й виходить до нього ввечері в садочок не слухаюч...