Методика обработки результатов эксперимента

 

5.1. Определение массового расхода сухого воздуха

через установку

 

Определение массового расхода влажного воздуха через установку G_ВВ в кг/с выполняется по формуле 1 для расходомерной диафрагмы

, (5.1)

где j - коэффициент расхода диафрагмы, который определяется при ее тарировке,

f – площадь минимального сечения отверстия диафрагмы в м²,

r₂ - плотность воздуха на входе в диафрагму в кг/м³,

Dр – перепад давлений на диафрагме в Па.

Для упрощения расчетов выражение (5.1) будет использовано в виде (5.2), где произведение первых трех сомножителей для диафрагмы данной установки будет представлено числом

. (5.2)

Определение плотности влажного воздуха выполняется по уравнению состояния идеального газа

, (5.3)

где р₂ - давление воздуха перед диафрагмой принимается равным давлению атмосферного воздуха В, определенному по лабораторному барометру и выраженному в Па,

Т₂ – температура воздуха перед диафрагмой в К,

R_ВВ – газовая постоянная влажного воздуха определяется при его молекулярной массе

, (5.4)

где р_п2 – парциальное давление водяных паров в воздухе за калорифером (определяется по H,d – диаграмме).

Расчет перепада давления на диафрагме определяется по показаниям манометра при плотности воды в нем кг/м³

, (5.5)

где Dh – разница уровней воды в U образном манометре в м,

g – ускорение свободного падения 9,81 м/c².

Расход сухого воздуха, проходящего через установку, определяется вычитанием из расхода влажного воздуха содержания водяного пара в нем, что соответствует выражению

, (5.6)

где d₁ – влагосодержание водяных паров в воздухе за калорифером в г/(кг с. в.) определяется по H,d – диаграмме.

 

5.2. Построение процесса в H,d - диаграмме

 

Процесс нагрева воздуха в калорифере установки 1-2 (рис.5.3) строится по показаниям лабораторного психрометра t_o и t_oм и показаниям термопар на входе t₁ и выходе t₂ из калорифера.

По показаниям лабораторного психрометра t_o и t_oм по диаграмме H,d определяется влагосодержание воздуха на входе в установку d₁. По этому влагосодержанию и показаниям термопар на входе t₁ и выходе t₂ из калорифера строится процесс нагрева воздуха в калорифере, он идет при d₁=const, так как в калорифере воздух не контактирует с объектами содержащими воду.

По показаниям термопар сухой t₃ и мокрой t₄ определяется точка 3 на H,d – диаграмме, соответствующая состоянию воздуха на выходе из калорифера.

Для всех трех точек процесса 1-2-3 по H,d – диаграмме определяются следующие величины:

d – влагосодержание,

р_п – парциальное давление водяного пара в воздухе,

t_p – температура точки росы,

j - относительная влажность,

H – энтальпия влажного воздуха.

Величину абсолютной влажности воздуха r_вв в этих точках по диаграмме H,d определить нельзя, поэтому ее определяют по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара, как функцию от температуры и парциального давления водяного пара. Правильность определения абсолютной влажности воздуха проверяют, используя уравнение состояния идеального газа, применительно к водяному пару во влажном воздухе

. (5.7)

Результаты определения основных характеристик точек процесса 1-2-3 записывают в сводную таблицу 1.

Таблица 1

Точка	t, ^oC	d, г/(кг с в)	tр ^oC	pп мм рт ст	j	H кДж/(кг с в)	rвв кг/м^3

 

 

 

 

 

 

5.3. Определение потерь теплоты в калорифере и

сушильной камере

 

Определение потерь теплоты в калорифере ведется сравнением теплоты, выделенной электрическим нагревателем калорифера, и теплоты воспринятой воздухом в калорифере.

Теплота, выделенная электрическим нагревателем калорифера, рассчитывается по формуле

, Вт (5.8)

где U_н – напряжение на электрическом нагревателе в В,

I – ток на электрическом нагревателе в А, который определяется по R_o=0,1 Ом - образцовому сопротивлению 20 рис.4.2, последовательно включенному в цепь с нагревателем, как I=U_o/R_o.

Теплота, воспринятая воздухом в калорифере, рассчитывается по выражению

Q_В=G(H₂-H₁), кВт (5.9)

где H₂ и H₁ – энтальпии влажного воздуха на выходе и входе в калорифер в кДж/(кг с в).

Потери теплоты в калорифере во внешнюю среду определяются как разность (обратите внимание на размерность величин в формуле)

. кВт (5.10)

Потери теплоты в сушильной камере определяются путем сопоставления реального процесса сушки 2-3 с идеальным процессом сушки без потерь теплоты во внешнюю среду, который идет по постоянной энтальпии H₂=const.

Расчетное выражение потерь теплоты в сушильной камере во внешнюю среду выполняется по формуле-

, кВт (5.11)

где H₂ и H₃ – энтальпии влажного воздуха на входе и выходе из сушильной камеры соответственно в кДж/(кг с в).

Общие потери теплоты в установке соответствуют сумме

. кВт (5.12)

 

5.4. Определение количества теплоты, необходимой

для испарения 1 кг воды в установке

 

Для определения количества теплоты необходимого для испарения 1 кг влаги в данной установке сперва рассчитывается количество сухого воздуха необходимого для испарения 1 кг воды по формуле

, (кг с. в.)/(кг исп. вл.) (5.13)

где (d₃-d₁) – количество водяного пара испаренное 1 кг сухого воздуха в г.

Количество теплоты, затраченной в калорифере на нагрев воздуха, для испарения 1 кг воды будет соответствовать выражению

. кДж/(кг исп. вл.) (5.14)

Действительное количество теплоты, затраченное в установке, для испарения 1 кг воды будет соответствовать выражению

, кДж/(кг исп. вл.) (5.15)

где Q_к в Вт, G в кг/c, d₃ и d₁ в г/(кг. с.в.).

Результаты расчета процессов в сушильной установки сводятся в таблицу 2.

Таблица 2

QК	QВ					Q	QД
кВт	кВт	кВт	кВт	кВт

 

Результаты расчета процессов в сушильной установки анализируются на основании данных таблиц 1 и 2. По результатам этого анализа делаются краткие выводы о эффективности работы данной установки и ее недостатках.

 

 

6. Требования к оформлению отчета

 

Отчет составляется каждым студентом и включает следующие разделы:

1. Название работы и ее цель,

2. Схематичное изображение рабочего участка лабораторного стенда, с указанием его элементов,

3. Журнал наблюдений,

4. Схематичное изображение процессов, проходящих в установке, в H,d – диаграмме влажного воздуха,

5. Обработка опытных данных и расчет процессов в установке,

6. Результаты расчета и их анализ (по данным таблиц 1 и 2).

 

7. Контрольные вопросы для отчета по работе

 

1. Дайте характеристику термическим параметрам атмосферного влажного воздуха.

2. Дайте понятия и расчетные выражения абсолютной и относительной влажности воздуха, поясните какие допущения делаются для атмосферного влажного воздуха и какие формулы при этом используются для расчета абсолютной и относительной влажности.

3. Назовите основные состояния влажного воздуха и соответствующие этим состояниям параметры и характеристики влажного воздуха. Покажите состояния водяного пара в этом воздухе в P,v- диаграмме.

4. Дайте понятие температуры точки росы и покажите эту изотерму в P,v- диаграмме для водяного пара. Поясните практическое значение температуры точки росы.

5. Дайте понятие влагосодержания воздуха и выведите расчетное выражение влагосодержания пара для атмосферного влажного воздуха.

6. Напишите расчетное выражение энтальпии влажного воздуха при наличии в нем паровой, жидкой и твердой фаз воды. Поясните, какие требования предъявляются к удельным энтальпиям, входящим в это уравнение.

7. Напишите расчетное выражение энтальпии для влажного атмосферного воздуха при наличии в нем паровой, жидкой и твердой фаз воды. Поясните, какие допущения приняты при получении расчетных выражений удельных энтальпий, входящих в это уравнение.

8. Поясните принцип работы психрометра и его практическое предназначение.

9. Поясните принцип построения изотерм в области ненасыщенного влажного воздуха в H,d- диаграмме.

10. Поясните принцип построения линий постоянных относительных влажностей для влажного атмосферного воздуха в H,d- диаграмме.

11. Поясните принцип построения изотерм в области перенасыщенного влажного воздуха в H,d- диаграмме, и изотерм влажного термометра психрометра в области ненасыщенного воздуха.

12. Поясните особенность линий постоянных относительных влажностей атмосферного воздуха при температурах больше 100 ^оС.

13. На основании какого выражения строится зависимость парциального давления пара от влагосодержания в H,d- диаграмме?

14. Поясните назначение калорифера в сушильной установке.

15. Рассчитайте, какое теоретически минимальное количество сухого воздуха необходимо пропустить через установку для испарения 1 кг вода при выключенном нагревателе калорифера.

16. Рассчитайте, какое количество сухого воздуха необходимо пропустить через установку для испарения 1 кг вода при отсутствии потерь теплоты в сушильной камере.

17. Поясните, почему процесс идеальной сушки идет при постоянной энтальпии.

18. Поясните, как определяется парциальное давление пара в области перенасыщенного влажного воздуха в H,d- диаграмме.

19. Поясните, как определяется температура точки росы в области перенасыщенного влажного воздуха в H,d- диаграмме.

20. Поясните, как определяются влагосодержания паровой и жидкой фаз воды в области перенасыщенного влажного воздуха в H,d- диаграмме.

21. Определите по H,d- диаграмме, какое количество жидкости выпадет из 1 кг сухого воздуха состояния точки 1, если его охладить до температуры 10 ^оС.

 

Список литературы

 

1. Кириллин В.А.,Сычев В.В.,Шейдлин А.Е. Техническая термодинамика.- М: Энергоиздат, 1983. - 416 с.

2. Коновалов В.И. Техническая термодинамика / Иван. гос. энерг. ун-т.- Иваново, 1995. - 464 с.

3. Чухин И.М., Коновалов В.И. Термодинамические свойства реальных газов и паров. Учеб. пособие / Иван. гос. энерг. ун-т.- Иваново, 2003. - 100 с.

4..Л.,Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. - М.: Издательство МЭИ, 1999. 168 с.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Требования по технике безопасности …………………………………... 3

1.Цель работы ………………………………………………………………. 4

2. Задание …………………………………………………………………… 4

3. Основные теоретические положения ………………………………... 4

3.1. Основные характеристики влажного воздуха ……………………. 4

3.2. Характеристики атмосферного влажного воздуха ………………. 6

3.3. H,d - диаграмма атмосферного влажного воздуха …………….. 11

4. Описание экспериментальной установки ………………………….. 18

4.1. Порядок проведения опыта ………………………………………... 18

5. Методика обработки результатов эксперимента ………………… 22

5.1. Определение массового расхода сухого воздуха через

установку ……………………………………………………………… 22

5.2. Построение процесса в H,d – диаграмме ……..………………… 23

5.3. Определение потерь теплоты в калорифере и сушильной

камере ……………………………………………….………………… 26

5.4. Определение количества теплоты, необходимой для

испарения 1 кг воды в установке ……………………………...….. 26

6. Требования к оформлению отчета …………………………………. 27

7. Контрольные вопросы для отчета по работе ………………...…… 28

Список литературы ……………………………………………………….. 30

 

 

ЧУХИН Иван Михайлович

Исследование процессов изменения состояния влажного

атмосферного воздуха