Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Влажным воздухом называют смесь сухого воздуха с водяным паром. В качестве рабочего тела влажный воздух используется в сушилках, компрессорах и т.п. Состояние атмосферного воздуха нас интересует также как фактор, влияющий на самочувствие человека, состояние сырья, полуфабрикатов и изделий в производственных и складских помещениях и как фактор, приводящий к резкому изменению видимости при появлении тумана, что опасно, например, для водителей и транспорта.

Процессы во влажном воздухе часто протекают при давлениях, близких к атмосферному, когда свойства сухого воздуха и водяного пара близки к свойствам идеального газа. Поэтому далее объектом исследования будет влажный воздух при атмосферном давлении и температуре не выше 100 ^оС. Такой воздух можно рассматривать как смесь идеальных газов, однако с определенной оговоркой, так как водяной пар во влажном воздухе при определенных условиях может конденсироваться, т.е. вести себя как реальный газ [4].

Согласно закону Дальтона каждый газ, входящий в смесь, находится под своим парциальным давлением, а сумма парциальных давлений компонентов равна давлению смеси:

                .                                                        (1)

Тогда при

                 ,                                                         (2)

где р_см - давление влажного воздуха; р_св - парциальное давление сухого воздуха; р_п - парциальное давление водяного пара; В – атмосферное давление.

Чем больше водяного пара содержится во влажном воздухе, тем больше его парциальное давление. Однако р_п во влажном воздухе не может быть выше давления насыщения р_нас  при данной температуре влажного воздуха, т.е. р_п £ р_нас. Влажный воздух, в котором р_п < р_нас, называется ненасыщенным, а влажный воздух, в котором р_п равно р_нас, – насыщенным.

Рассмотрим pv-диаграмму водяного пара (рис. 1). В точке 1 при  водяной пар, содержащийся в ненасыщенном влажном воздухе, находится в перегретом состоянии. Если понижать температуру этого воздуха до ‹ , сохраняя его давление в точках 1 и 2 одинаковым, то можно достичь состояния насыщения. Точке 2 соответствует состояние сухого насыщенного пара.  При этом парциальное давление пара станет равным давлению насыщения: р_1п = р_2нас.

К      p p1 п =p2 нас        3 2     1                                                            t 1 =const                                                t2=const            x=0                             x=1                                                                                                          v Рис.1. pv-диаграмма водяного пара: 1 – перегретый пар; 2 – сухой насыщенный пар; 3 – влажный насыщенный пар.

При дальнейшем охлаждении насыщенного влажного воздуха водяной пар начнет конденсироваться, образуется туман, и выпадет роса. Таким образом, водяной пар во влажном воздухе может находиться в трех различных состояниях: в точке 1 – перегретый пар; в точке 2 - сухой насыщенный пар; в точке 3 – влажный насыщенный пар.

Температура t₂, при которой парциальное давление водяного пара становится равным давлению насыщения, называется температурой точки росы t_росы. Учитывать температуру точки росы t_росы важно при проведении процессов с влажном воздухом или другими влажными газами, например с продуктами горения. Высокая влажность после начала конденсации водяных паров создает благоприятные условия для интенсивного разрушения материалов, из которых изготовлены каналы, камеры или установки, и ускоряет их разрушение.

Рассмотрим некоторые характеристики влажного воздуха.

Абсолютной влажностью воздуха называется масса водяного пара, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха. Численно она равна плотности водяного пара при своем парциальном давлении р_п и температуре смеси сухого воздуха и водяного пара:

                            , кг/м³,                                        (3)

где m_п – масса водяного пара во влажном воздухе, кг;

V_см – объем влажного воздуха, м³.

Относительной влажностью воздуха φ называется отношение абсолютной влажности  к максимально возможной абсолютной влажности  при р_п = р_нас:

                            .                                     (4)

Поскольку для идеальных газов плотности компонентов смеси пропорциональны своим парциальным давлениям, то

                            .                                     (5)

Таким образом, для ненасыщенного (р_п < р_нас) влажного воздуха , для насыщенного (р_п = р_нас) относительная влажность становится максимальной: .

Влагосодержанием воздуха называется отношение массы водяного пара m_п во влажном воздухе к массе сухого воздуха m_в:

                            , г влаги/кг сух. возд.                   (6)

Величину влагосодержания можно выразить через парциальные давления водяного пара и сухого воздуха (В - р_п):

                   , г влаги/кг сух. возд.       (7)

Плотность влажного воздуха можно определить так же, как и плотность смеси газов из уравнения Клапейрона-Менделеева:

                            , кг/м³,                      (8)

где v_см – удельный объем влажного воздуха;

m_см – молекулярная масса влажного воздуха, кг/кмоль;

m R – универсальная газовая постоянная,

m R = 8314 Дж/(кмоль К).

Энтальпия влажного воздуха Н определяется как сумма энтальпий 1 кг сухого воздуха h_св и d кг водяного пара h_n. Для удобства расчетов ее относят к 1 кг сухого воздуха:

 

                            , кДж/кг сух. возд.           (9)

Определение относительной влажности
по психрометру

 

Относительная влажность наиболее точно определяется с помощью психрометра, состоящего из двух термометров, чувствительный элемент одного из которых обернут тканью, постоянно смачиваемой водой. Испарение воды с поверхности ткани происходит за счет внутренней энергии воды и чувствительного элемента «мокрого» термометра (ртутного шарика), температура которого поэтому понижается. В результате тепло- и массообмена окружающего воздуха с влажной тканью устанавливается тепловое равновесие, которому соответствует температура, показываемая «мокрым» термометром, t_м. Она будет меньше или равна температуре «сухого» термометра t, показывающего действительную температуру влажного воздуха. Температуры t и t_м могут оказаться равными для насыщенного влажного воздуха.

Интенсивность испарения, а следовательно, и снижение температуры «мокрого» термометра t_м по сравнению с температурой воздуха, показываемой «сухим» термометром, т.е. t - t_м, тем больше, чем дальше состояние водяных паров во влажном воздухе от состояния насыщения, то есть чем больше разница р_нас.- р_п .

По психрометрической таблице (табл.1), зная t_м и психрометрическую разность температур t - t_м, на пересечении строки t_м и столбца t - t_м можно определить относительную влажность воздуха .

 

Таблица 1 Психрометрическая таблица влажного воздуха

Hd-диаграмма влажного воздуха

 

Параметры влажного воздуха обычно определяют графическим путем с помощью Hd-диаграммы (рис. 2). Особенностью этой диаграммы является расположение линии H= const под углом 135° к оси абсцисс. Кривая  – пограничная и соответствует состояниям насыщенного влажного воздуха. Область над этой кривой соответствует состояниям ненасыщенного влажного воздуха, область под кривой – область «перенасыщения» влажного воздуха. Здесь избыточная влага находится в капельном состоянии, образуя «туман», который впоследствии может оседать на твердых телах в виде росы.

По Hd-диаграмме можно определить температуру точки росы, если точку 1 вертикально спроецировать на кривую (охлаждение). Изотерма, которая пройдет через эту точку пересечения, соответствует температуре t_росы. Для определения парциального давления водяного пара р_п по заданному влагосодержанию под кривой  построена линия . Значения р_п указаны на правой ординате диаграммы в мм рт ст.

Процесс нагревания влажного воздуха. Пусть влажный воздух в состоянии точки 1 с начальной температурой t₁ и относительной влажностью  нагревается в нагревательной камере до t₂. На Hd-диаграмме этот процесс изображается прямой 1-2 (см. рис. 2), через точки 1 и 2 которой проходят изотермы соответственно t₁ и t₂. Процесс нагревания воздуха осуществляется при , так как в процессе нагревания содержание влаги в воздухе не меняется.

По изменению энтальпии нагреваемого воздуха Н₂ - Н₁ можно из уравнения первого закона термодинамики определить количество подведенной теплоты (при ):

                            , кДж/ч.                (10)

			Влагосодержание d, г влаги/кг сух. воздуха
		Рис. 2. Hd-диаграмма влажного воздуха

 

 

Процесс сушки. Если пренебречь тепловыми потерями, то можно считать, что процесс сушки материалов нагретым воздухом в сушильной камере происходит при . На Hd-диаграмме такой процесс изображается прямой 2-3΄ (см. рис. 2). Постоянство энтальпии влажного воздуха объясняется тем, что тепло, необходимое для испарения влаги, берется из потока воздуха и возвращается в него вместе с испарившейся влагой.

В сушилке, работающей с потерями тепла в окружающую среду, процесс сушки будет происходить не по линии 2-3΄ (при ), а по линии 2-3. Положение точки 3 определяется в соответствии с измеренными в опыте t₃ и . По изменению влагосодержания воздуха до (d₁) и после сушильной камеры (d₃) можно рассчитать массу влаги, отведенной от высушиваемого материала нагретым воздухом:

                            , г влаги/ч.                  (11)

Следовательно, 1 кг сухого воздуха (состояние точки 2) отнимает в процессе сушки  г влаги/кг сух. возд., поэтому для испарения 1 кг влаги в условиях опыта нужно затратить количество теплоты

, кДж/кг влаги.                                 (12)

Для испарения 1 кг влаги потребуется сухого воздуха

, кг сух. возд./кг влаги.                                                                  (13)

Проведение опытов

 

1. Включить установку (рис. 3). В учебной лабораторной установке роль высушиваемого материала играют фарфоровые бусинки и мокрые стенки сушильной камеры. Для повышения интенсивности сушки воздух, подаваемый в сушильную камеру, предварительно нагревается. Испарение влаги в сушильной камере осуществляется за счет теплоты, отдаваемой нагретым воздухом.

Рис. 3. Схема экспериментальной установки:

1 – вентилятор, 2 – ротаметр, 3 - нагревательная камера, 4 – сушильная камера, 5, 6 –психрометры

 

2. Замерить и занести в таблицу 2 показания психрометра 5 (t₁  и t_1м), установленного на входе в установку, и показания ротаметра 2 (П).

3. По показаниям ротаметра П с помощью градуировочного графика определить расход воздуха , м³/ч.

4. По достижении температуры воздуха t₂» 40-50°С после нагревательной камеры 3 записать показания психрометра 6 (t₃  и t_3м), установленного на выходе из сушильной камеры 4.

5.

                                                                             Таблица 2

Результаты измерений

П	, м3/ч	t1, °C	t1м, °С	t2, °С	t3, °С	t3м, °С	В, мм рт.ст.

Обработка опытных данных

 

1. На основе показаний психрометров 5 и 6 по психрометрической таблице (табл.1) определить относительную влажность входящего ( ) и выходящего ( ) из установки влажного воздуха.

2. По Hd-диаграмме определить:

– для точки 1 (на основе t₁ и ) – энтальпию Н₁ и влагосодержание d₁ входящего воздуха, парциальное давление водяного пара р_1п в этом воздухе;

– для точки 2 (на основе d₂ = d₁ и t₂) – энтальпию Н₂ воздуха после нагревания;

– для точки 3 (на основе t₃ и ) – влагосодержание d₃ воздуха, уходящего из установки.

3. По уравнению (2) рассчитать парциальное давление р_1в. Полученное значение перевести в Па (система Си) (750 мм рт.ст. = 10⁵ Па).

4. Заполнить табл. 3.

                                                                             Таблица 3

Результаты обработки экспериментальных данных

, %	Н1, кДж кг сух. возд.	d 1, г влаги кг сух. возд.	р1п, мм рт.ст.	р1с.в., Па	Н2, кДж кг сух. возд.	, %	d 3, г влаги кг сух. возд.

 

5. Рассчитать массовый расход сухого воздуха по уравнению Клапейрона-Менделеева:

                                   , кг/ч,

где  – парциальное давление сухого воздуха, Па,

;

 – объемный расход воздуха, определяемый по градуировочному графику, м³/ч.

R_в = 287 Дж/(кг×К) – газовая постоянная сухого воздуха.

6. Рассчитать по уравнению (10) количество теплоты, полученной нагретым воздухом в нагревательной камере.

7. Определить по уравнению (11) массу влаги М_п, полученную нагретым воздухом от высушивания материала.

8. Рассчитать по уравнению (12) затраты теплоты и по уравнению (13) расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги.

9. Построить линии процессов нагревания воздуха (1-2) и сушки нагретым воздухом (2-3) на Hd-диаграмме (без соблюдения масштаба).

10. Определить температуру точки росы t_росы при охлаждении (d= const) из состояний точек 1 и 3.

11. Определить систематическую погрешность измерения температуры воздуха на входе в установку (t₁)  и на выходе из неё (t₃):

                            ,

где  - абсолютная погрешность измерения температуры, принимаемая равной половине цены деления шкалы прибора.

Подробно материал к этому пункту изложен в разделе «Оценка погрешности эксперимента».

 

Контрольные вопросы

 

1. Понятие «влажный воздух». Особенности изменения состояния влажного воздуха, связанные с присутствием в нем водяных паров.

2. В каких состояниях могут находиться водяные пары во влажном воздухе.

3. Понятие о температуре точки росы. Методика определения t_росы по Hd-диаграмме.

4. Основные параметры влажного воздуха. Определение d, , H, p_n и p_в, размерности этих величин.

5. Устройство, назначение и принцип действия психрометра.

6. Hd-диаграмма влажного воздуха. Графическое представление процессов нагревания и сушки воздухом влажных материалов.

7. Методика расчета количества теплоты, затраченной на нагревание воздуха. Цель нагревания.

8. Методика расчета массы влаги, отводимой от высушиваемого материала в процессе сушки.

9. Методика расчета теплоты и сухого воздуха на испарение 1 кг влаги.

10. Какое количество влаги в воздухе при данной температуре показывают линии j =70% и j =100%.

11. Понятие о погрешностях измерения. Источники погрешностей. Методика расчета систематических погрешностей измерения температур воздуха на входе в установку и на выходе из неё.

Лабораторная работа 22