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

65415. Робота утримувальної протизсувної споруди у вигляді паль-шпонок 1.85 MB
  Для досягнення мети дослідження були поставлені такі завдання: систематизувати й узагальнити наявні дані за регіональними особливостями конструкцій пальових ПС методами їх розрахунку як у зсувній товщі так і в закладанні в стійких незміщуваних ґрунтах Криму...
65416. Конструктивно-технологічні рішення відновлення несучої здатності пошкоджених панелей обшивки літака шляхом приформування композитної накладки 5.08 MB
  Результати досліджень провідних світових організацій довели що в цих випадках раціональним методом ремонтубільшості технологічних та експлуатаційних дефектів є приформування ремонтної накладки з полімерного композиційного матеріалу ПКМ.
65417. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВАНТАЖОПЕРЕВЕЗЕНЬ ШЛЯХОМ УДОСКОНАЛЕННЯ ЇХ ОРГАНІЗАЦІЇ ТА ІНФОРМАЦІЙНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НА ПРОМИСЛОВОМУ ТРАНСПОРТІ 238.5 KB
  Термін виконання цих послуг суттєво впливає на вартість кінцевого продукту і значно залежить від інформаційного забезпечення усіх процесів які відбуваються на промисловому транспорті при формуванні чи розпилу вантажопотоків починаючи...
65418. ОЧИЩЕННЯ ВОДИ ВІД МІКРОМІЦЕТІВ 3.36 MB
  Вода завжди вважалася джерелом розповсюдження ряду збудників небезпечних захворювань. Кількість таких захворювань, які передаються водним шляхом, катастрофічно збільшується. Погіршення якості води в джерелах водопостачання призводить до зниження санітарно-гігієнічних показників питної води...
65419. РОЗВИТОК ЗЕМСЬКОЇ ОСВІТИ НА ЛІВОБЕРЕЖНІЙ УКРАЇНІ (ДРУГА ПОЛОВИНА ХІХ – ПОЧАТОК ХХ ст.) 214.5 KB
  Роботу виконано на кафедрі педагогіки імені Богдана Ступарика Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника Міністерство освіти і науки України. У період модернізації національної системи освіти шляхом створення...
65420. УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ТАМПОДРУКУ ТА ФЛЕКСОГРАФІЧНОГО ДРУКУ НА ПОЛІМЕРНИХ ВИРОБАХ ТА ПЛІВКАХ 687.5 KB
  Метою і завданням дослідження є удосконалення технології тамподруку та флексографічного друку на полімерних плівках і виробах шляхом їх попередньої обробки для зміни поверхневих властивостей з метою поліпшення якості відбитків.
65421. Роль йодного дефіциту та гіпотиреозу в розвитку метаболічного синдрому у хворих на цукровий діабет 2 типу 484 KB
  Слід також наголосити що стан тиреоїдного метаболізму структурних змін ЩЗ у хворих МС вивчені недостатньо. Отже необхідність удосконалення способів діагностики та лікування хворих на МС з ЦД типу 2 зумовлена тим що до останнього часу при лікуванні хворих...
65422. МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ДЛЯ УБЕЗПЕЧЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ПАРОГЕНЕРАТОРІВ АЕС 711 KB
  Контроль з використанням методів вихрострумового контролю ВСК одного з методів неруйнівного контролю НК пневмогідравлічного акваріумного та люмінесцентно-гідравлічного методів а також підтримання у робочому стані ТОТ та своєчасне виведення...
65423. Обґрунтування технологічних параметрів відпрацювання виїмкових стовпів на основі просторової моделі стійкості шаруватого вуглевмісного масиву 3.59 MB
  Ці методики повинні ґрунтуватися на побудові чітких розрахункових схем і фундаментальних знаннях про геомеханічні процеси що відбуваються в масиві гірських порід. Таким чином обґрунтування технологічних параметрів відпрацювання виїмкових стовпів на основі...