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

84607. Исследование производительности протокола передачи кадров «с непрерывной передачей» в компьютерной сети 1.45 MB
  В XXI веке различия между сбором, транспортировкой, хранением и обработкой информации продолжают быстро исчезать. Организации с сотнями офисов, разбросанных по всему миру, должны иметь возможность получать информацию о текущем состоянии своего самого удаленного офиса мгновенно, нажатием кнопки.
84608. Проект телефонных услуг на базе IP-телефонии 4.81 MB
  Основными объективными предпосылками возникновения идеи сетей следующего поколения NGN являются: успехи пакетных технологий передачи информации, обусловившие бурный рост цифрового трафика, прежде всего за счет расширения использования Интернет; увеличение спроса на подвижную связь и на новые мультимедийные...
84609. Организация сбыта товаров в оптовой торговле и оценка его эфективности на примере предприятия ООО Сибирский деликатес 110.98 KB
  Цель курсовой работы – разработка мероприятий по совершенствованию сбытовой деятельности с целью достижения устойчивого состояния предприятия на рынке и конкурентоспособного положения оптового предприятия.
84610. Разработка рецептуры питьевого йогурта со злаковыми культурами 1.25 MB
  Целью нашей работы является разработка рецептуры питьевого йогурта со злаковыми культурами. Рецептуры указаны в государственных отраслевых стандартах технических условиях технологических инструкциях.
84611. Модернизация системы автоматического регулирования температуры в термокамере машины ТО-180 14.69 MB
  Стабилизацией называю. процесс придания камвольным тканям - тканям из смеси шерсти с синтетическими волокнами устойчивых фиксированных размеров и рисунков ткацкого переплетения, а также способности противостоять образованию необратимых деформаций в процессах последующей обработки и эксплуатации.
84612. Расчет и проектирование фундаментов зданий и сооружений 1.29 MB
  Проектирование фундаментов на естественном основании Предварительное назначение основных параметров и размеров фундаментов Определение расчетного сопротивления грунта Конструирование фундамента и уточнение действующих нагрузок Определение вертикального напряжения от собственного веса грунта на...
84613. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ТИПОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ 15.7 MB
  Построение логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) преобразователя сигналов на операционном усилителе. Для заданной схемы преобразователя аналоговых сигналов на операционном усилителе (ОУ) рассчитать и построить его ЛАЧХ и определить основные параметры данного устройства.
84614. Основы организации и функционирования бюджетной системы Российской Федерации 327.7 KB
  Цель данной курсовой работы – определение места и значимости внебюджетных фондов социального назначения в социальной политике государства. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: Рассмотреть сущность и задачи социальной политики государства.
84615. Фирменные холодные блюда и закуски ресторанов г. Омска: ассортимент, технология приготовления и оформления 757.41 KB
  Цель курсовой работы: изучить ассортимент, технологию приготовления и оформления холодных блюд и закусок ресторанов г.Омска. Задачи курсовой работы: Провести сравнительный анализ ассортимента холодных блюд и закусок в предприятиях общественного питания г.Омска. Дать рекомендации по обновлению меню.