Лабораторная работа № 21
Исследование параметров влажного воздуха
Цель работы: ознакомиться с основными характеристиками влажного воздуха и Hd-диаграммой; освоить методику экспериментального исследования процесса нагревания влажного воздуха и сушки материалов.
Задание
1. Исследовать процессы нагревания влажного воздуха и сушки материалов (мокрые фарфоровые бусинки – кольца Рашига) нагретым воздухом: а. Измерить параметры влажного воздуха на входе воздуха в установку и на выходе из нее; б. Рассчитать тепловой поток, полученный воздухом в электронагревателе Q, Вт (1 Вт = 1 Дж/с); в. Рассчитать массу влаги Мп, г влаги/ч, получаемую нагретым воздухом от высушиваемого материала за единицу времени; 2. Составить отчет о выполненной работе, который должен содержать: задание, основы теории (кратко), схему экспериментальной установки, результаты измерений (в виде таблиц и расчетов). Представить процессы нагревания и сушки в Hd-диаграмме.
Основы теории Влажным воздухом называют смесь сухого воздуха с водяным паром. В качестве рабочего тела влажный воздух используется в сушилках, компрессорах и т.п. 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 будет рассматриваться влажный воздух при атмосферном давлении и температуре не выше 100 оС. Такой воздух можно рассматривать как смесь идеальных газов, однако с существенной особенностью, что водяной пар во влажном воздухе при определенных условиях может конденсироваться, т.е. вести себя как истинно реальный газ. Согласно закону Дальтона, каждый газ, входящий в смесь, находится под своим парциальным давлением, а сумма парциальных давлений компонентов равна давлению смеси:
тогда при
где рсм - давление влажного воздуха; рсв - парциальное давление сухого воздуха; рп - парциальное давление водяного пара; В – атмосферное давление. Чем больше водяного пара содержится во влажном воздухе, тем больше его парциальное давление. Однако рп во влажном воздухе не может быть выше давления насыщения рнас при данной температуре влажного воздуха, т.е. рп £ рнас. Влажный воздух, в котором рп < рнас, называется ненасыщенным, а влажный воздух, в котором рп равно рнас – насыщенным.
t1 = tсм, охладится до температуры t2 = tнас, при которой парциальное давление пара станет равным давлению насыщения. 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, tросы. Учитывать температуру точки росы tросы важно при проведении процессов с влажном воздухом или другими влажными газами, например, продуктами горения. Высокая влажность после начала конденсации водяных паров создает благоприятные условия для интенсивной коррозии 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 и температуре смеси:
где mп – масса водяного пара во влажном воздухе, кг; Vсм – объем влажного воздуха, м3. Относительной влажностью воздуха φ называется отношение абсолютной влажности
Поскольку для идеальных газов плотности компонентов смеси пропорциональны своим парциальным давлениям, то
Таким образом, для ненасыщенного (рп < рнас) влажного воздуха Влагосодержанием воздуха называется отношение массы водяного пара mп во влажном воздухе к массе сухого воздуха mв:
Величину влагосодержания можно выразить через парциальные давления водяного пара и сухого воздуха (В - рп):
Плотность влажного воздуха можно определить так же, как и плотность смеси газов из уравнения Клапейрона-Менделеева:
где vсм– удельный объем влажного воздуха; mсм– молекулярная масса влажного воздуха, кг/кмоль; mR–универсальная газовая постоянная, mR= 8314 Дж/(кмольК). Энтальпия влажного воздуха Н определяется как сумма энтальпий 1 кг сухого воздуха hсв и d кг водяного пара hn. Для удобства ее относят к 1 кг сухого воздуха:
Определение относительной влажности 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, температура которого поэтому понижается. В результате тепло- и массообмена окружающего воздуха с влажной тканью устанавливается тепловое равновесие, которому соответствует температура, показываемая «мокрым» термометром tм. Она будет меньше температуры «сухого» термометра t, показывающего действительную температуру влажного воздуха. Интенсивность испарения, а следовательно, и снижение температуры «мокрого» термометра tм по сравнению с температурой воздуха, показываемой «сухим» термометром, т.е. t - tм, тем больше, чем дальше состояние водяных паров во влажном воздухе от состояния насыщения. По психрометрическим таблицам (Приложение), зная tм и психрометрическую разность температур t - tм, на пересечении строки tм и столбца t - tм можно определить относительную влажность воздуха Hd-диаграмма влажного воздуха Параметры влажного воздуха обычно определяют графическим путем с помощью Hd-диаграммы (рис. 2). Особенностью этой диаграммы является расположение оси абсцисс под углом 135° к оси ординат. Точки с оси абсцисс спроецированы на горизонтальную (условную) ось. Кривая
духа, область под кривой является областью насыщенного влажного воздуха, появления росы, «тумана». По Hd-диаграмме можно определить температуру точки росы, если т. 1 вертикально (охлаждение) спроецировать на кривую Для определения парциального давления водяного пара рп по заданному влагосодержанию под кривой Процесс нагревания влажного воздуха. Пусть влажный воздух в состоянии т. 1 с начальной температурой t1 и относительной влажностью По изменению энтальпии нагреваемого воздуха Н2 - Н1 можно по уравнению Первого закона термодинамики определить количество подведенной теплоты (при
Процесс сушки.Если пренебречь тепловыми потерями, то можно считать, что процесс сушки материалов нагретым воздухом в сушильной камер происходит при В сушилке, работающей с потерями тепла в окружающую среду, процесс сушки будет происходить не по кривой 2-3΄ (при
Проведение опытов
1. Включить установку (рис. 3).
Рис. 3. Схема экспериментальной установки 1 – вентилятор, 2 – ротаметр, 3 - электронагреватель, 4 – сушильная камера, 5, 6 –психрометры.
В учебной лабораторной установке роль высушиваемого материала играют фарфоровые бусинки и смоченные 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. 2. Замерить и занести в таблицу 1 показания психрометра 5, установленного на входе в установку. 3. По показаниям ротаметра 2 с помощью градуировочного графика по значению П определить расход воздуха 4. По достижении температуры воздуха t2» 40-50°С на выходе из электронагревателя 3 записать показания психрометра 6, установленного на выходе воздуха из сушильной камеры 4. Таблица 1
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|