Описание экспериментальной установки

 

Элементы установки изображены на рис.2. Она состоит из автоклава 3, применяемого для получения пара, калориметра 1 и весов 4, на которых взвешивается калориметр. Получаемый пар по резиновой трубке 2 подается в калориметр. Схема калориметра показана на рис 3.

 

Порядок проведения эксперимента

 

1. Включить установку (выполняет преподаватель или лаборант).

2. Взвесить пустой калориметр с пробкой и термометром.

3. Залить в калориметр холодную воду (около 0,3 литра). Взвесить калориметр. Измерить температуру воды.

4. После получения в автоклаве пара нужных кондиций (достижения давления по манометру автоклава около 0,5 - 0,7 ат), провести продувку для удаления из резиновой трубки скопившегося конденсата и удаления из автоклава части воздуха. Для этого открыть вентиль на выходе из автоклава и выпустить часть пара. Затем закрыть вентиль.

5. Опустив наконечник резиновой трубки в калориметр, открыть вентиль и подавать пар до тех пор, пока температура воды не поднимется примерно до 70°. При этом следить за показаниями манометра и записать среднее значение избыточного давления.

6. Перемешать воду, слегка встряхнув калориметр. Затем взвесить его и измерить температуру воды.

7. Измерить атмосферное давление.

8. Выключить установку и вылить воду из калориметра.

 

Обработка результатов эксперимента

1. Определить массу холодной воды: m_ХОЛ.В = m₂ – m₁

2. Определить массу влажного насыщенного пара:

m_ВНП = m₃ – m₂.

 

3. Определить величину абсолютного давления в автоклаве:

р = р_ИЗБ + р_АТМ.

 

4. По величине абсолютного давления из таблицы (приложения 2) выбрать значения h′ и r.

5. По формуле (7) определить значения удельных энтальпий горячей в холодной воды по величинам их температур (по Цельсию).

6. По формуле (6) найти величину степени сухости пара. Результаты свести в таблицы 1 и 2.

Таблица 1

Результаты эксперимента

 

m1	m2	m3	mВНП	pИЗБ	pАТМ	tХОЛ.В	tГОР.В
кг	кг	кг	кг	кгс/см^2	кПа	ºС	ºС

 

Таблица 2

 

Результаты обработки экспериментальных данных

 

p	tS	hХОЛ.В	hГОР.В	h′	r	x
кПа	ºС	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг

 

Контрольные вопросы

 

1. Какой пар называется влажным, сухим насыщенным?

2. Что такое степень сухости?

3. В чем заключается метод экспериментального определения степени сухости?

4. Что такое удельная теплота парообразования и как она графически изображается на диаграмме Т-s?

5. Изобразить на диаграмме Т-s основные термодинамические процессы и линии постоянной степени сухости.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

 

Цель работы: знакомство с основными характеристиками влажного воздуха и приобретение навыков работы с Н-d диаграммой состояния влажного воздуха.

Общие положения

Влажный воздух - это смесь сухого воздуха с водяным паром. Водяной пар в воздухе может быть в насыщенном или в перегретом состоянии. В соответствии с этим различают:

1. Насыщенный влажный воздух - смесь сухого воздуха с насыщенным водяным паром.

2. Ненасыщенный влажный воздух - смесь сухого воздуха с перегретым водяным паром.

При атмосферном давлении и температурах 300-400 К плотность компонентов влажного воздуха мала, и его можно рассматривать как смесь идеальных газов: сухого воздуха и пара. Для каждого компонента справедливо уравнение состояния:

р_П = ρ_П ∙ R_П · Т,                                     (1)

 

р_В = ρ_В ∙ R_В · Т,                                     (2)

 

где р - парциальное давление компонента (индексы «п» и «в» соответствуют пару и сухому воздуху);

R- удельная газовая постоянная (R_П = 462 Дж/(кг·К); R_В = 287 Дж/(кг·К);

ρ - плотность. кг/м;

Т - температура, К (одинаковая для пара и воздуха).

В соответствии с законом Дальтона:

 

р_П + р_В = р_АТМ                                                                (3)

 

где р_АТМ - атмосферное давление (фактически влажного воздуха).

 

Если понижать температуру ненасыщенного влажного воздуха, сохраняя его давление постоянным, то можно достигнуть состояния насыщения (это видно из р-v диаграммы водяного пара на рис.1.) При этом перегретый водяной пар, имеющий температуру t₁ (точка 1 на рис.1) будет охлажден до температуры t₂, для которой давление пара соответствует состоянию насыщения (точка 2). При дальнейшем понижении температуры из воздуха будет выпадать влага и уменьшаться парциальное давление пара. Температура, при которой давление р_П становится равным давление насыщения, называют точкой росы.

Основными параметрами, определяющими состояние влажного воздуха, являются: температура t_С (по сухому термометру), барометрическое давление, влагосодержание d, энтальпия H. Кроме этих параметров, часто используют такие, как температура мокрого термометра t_М, температура точки росы t_Р, относительная влажность φ, абсолютная влажность α и другие.

Абсолютная влажность  - это плотность пара во влажном воздухе. Из уравнения (1) получаем:

                                       (4)

Относительная влажность φ, %- это отношение абсолютной влажности воздуха к максимально возможной абсолютной влажности при данной температуре. Относительная влажность определяет близость влажного воздуха к насыщенному. С учетом (4):

                                  (5)

 

Влагосодержание d - отношение массы водяного пара, содержащегося в некотором количестве влажного воздуха, к массе сухого воздуха. С учетом формул (1, 2, 3):

         (6)

 

Очевидно, размерность влагосодержания: кг/кг, т.е. (кг пара)/(кг сухого воздуха). Из формулы (6) ясно, что d ограничена сверху значением:

 

 .                              (7)

 

Для удобства влагосодержание обычно выражают в г/кг. При этом численное значение увеличивается в 1000 раз:

                                  (8)

 

Температура сухого термометра t_С – это температура, измеренная обычным термометром.

Температура мокрого термометра t_М. Мокрый термометр отличается от сухого тем, что его ртутный шарик обернут тканью, смоченной водой. Температура измеряется в потоке воздуха. Показание мокрого термометра ниже показания сухого термометра из-за отбора теплоты на испарение влаги в фитиле.

Температура точки росы - это температура, до которой нужно охладить ненасыщенный влажный воздух при постоянном давлении и влагосодержании, чтобы он стал насыщенным. При дальнейшем охлаждении влажного воздуха происходит конденсация пара. При температуре точки росы воздух содержит всю влагу, которую может содержать при данной температуре.