Дослідження процесів нагрівання і зволоження

4.6. Вентилем 24 встановлюється на диференційному манометрі перепад тиску повітря D h. Вентиль 23 закритий.

4.7. Установка працює на протязі 15-20 хвилин для виходу на стаціонарний режим роботи.

4.8. Після виходу на стаціонарний режим роботи вимірюються параметри: напруга - U, сила струму І, температура повітря до нагрівача t ₁ і після нього t ₂, показання мокрого t _м і сухого t _с термометрів на виході з камери зволоження, перепад тисків на диференційному манометрі, всі показання заносяться у таблицю вихідних даних.

Аспіраційним психрометром вимірюються параметри повітря в аудиторії. Показання сухого і мокрого термометрів записують у таблицю вихідних даних. Барометром вимірюється барометричний тиск Р _б.

Будуються процеси нагрівання і адіабатного зволоження в I-d діаграмі і проводяться необхідні розрахунки.

 

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ЗМІШУВАННЯ І ОХОЛОДЖЕННЯ

4.6. Вентилями 23 і 24 встановлюються перепади тисків D h ₁ і D h ₂ на відповідних диференційних манометрах. Величина перепадів задається викладачем, вона відповідає витратам повітря з різними параметрами.

4.7. Установка працює на протязі 15-20 хвилин для виходу на стаціонарний режим роботи.

4.8. Після виходу на стаціонарний режим роботи вимірюються параметри: напруга - U, сила струму - I, температура повітря до нагрівача t ₁ і після нього t ₂, показання мокрого t _м і сухого t _с після камери зволоження і після камери змішування, температура повітря на вході в охолоджувач t ₁° і на виході з нього t ₂°, показання сухого t _с і мокрого t _м термометрів аспіраційного психрометра для вимірювання параметрів повітря в лабораторії, барометричний тиск Р _б. Всі показання вихідних даних заносяться у таблицю.

4.9. Будуються процеси змішування і охолодження в I-d діаграмі і проводяться необхідні розрахунки.

 

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ПРОВЕДЕНИХ

ДОСЛІДІВ

5.1. Таблиці результатів вимірювання.

При дослідженні процесів нагрівання і охолодження виміряні параметри заносяться у табл. 4.1.

При дослідженні процесів змішування та охолодження виміряні параметри заносяться у табл. 4.2.

Т а б л и ц я 4.1.

Наймену-вання процесів

U, B

I, A

Перепад на дифмано-метрі D h

Темпера-тура повітря в нагрівачі

Показники психромет-ра в лабораторіі

Показники психрометра кам. зволожен-ня

Барометр. тиск Р б

мм вод.ст

Па

t 1, °С

t 2 °С

t c^а °С

t м^а °С

t c^3 °С

t м^3 °С

мм. рт.ст.

Па

Нагрівання та адіаб. зволоження

 

Т а б л и ц я 4.2.

Найме-нуван-ня проце-сів

U, B

І, A

Перепад на дифмано-метрі D h

Перепад на дифмано-метрі D h

Темпе-ратура повітря в нагрівачі

Показання психрометрів

Темпера-тура в охолод-жувачі

Баромет. тиск Р б

Кам. зволожен

Кам. змішув.

В ауди-торії

мм вод.ст.

Па

мм вод.ст.

Па

t 1, °С

t 2 °С

t c^3 °С

t m^3 °С

t c^3н °С

t m^3н °С

t c^о °С

t m^о °С

t 1^о

t 2^о

мм рт. ст.

Па

 

5.2. Проводимо побудування процесів нагрівання і адіабатного зволоження в I-d діаграмі

Початкова точка процесу 1 визначається в I-d діаграмі по показанням аудиторного психрометру. По ізотермі t _м^а рухаємось до лінії j = 100%, з точки їхнього перетину піднімаємось по лінії I =соst до перетину з ізотермою t _с і отримуємо точку 1. По лінії d =соnst, яка проходить через точку 1, піднімаємось до перетину з ізотермою t ₂, і отримуємо кінцеву точку 2, яка характеризує стан повітря після нагрівача. З такою температурою повітря надходить у камеру зволоження, де при I =соnst воно зволожується. Тому по лінії I =соnst рухаємось до точки перетину з ізотермою t _с³, що є показанням психрометру камери зволоження, і отримуємо точку 3, яка характеризує теоретичний стан повітря після камери зволоження. Дійсний стан повітря після камери зволоження характеризується точкою 3 д, яка знаходиться по показанням t _с³ і t _м³ психрометру камери зволоження. Побудова процесу показана стрілками на рис.4.5. і починається з виділеної точки на осі t. Теоретичні процеси нагрівання - 1-2, адіабатне зволоження 2-3; дійсні процеси: нагрівання - 1-2, полiтропне зволоження - 2-3 а. Лінії, які проходять через точки 1, 2 або 3 визначають параметри стану повітря відповідно перед нагріванням (т. 1), після нагрівання (т. 2), після камери зволоження (т. 3), або (т. 3 д).

 

Рис. 4.5. Побудова процесу нагрівання і зволоження в I-d- діаграмі

 

5.3. Виконують розрахунки параметрів вологого повітря для дійсного стану повітря після камери зволоження (т.3д).

5.3.1. Відносна вологість

де Р _п - парціальний тиск водяної пари, Па, розраховується.

Р _н - тиск насичення водяної пари, Па, визначається по температурі сухого термометра камери зволоження t _с³

Р _п = Р _н - 6,5 ^. 10^-4 (t _с - t _м)^. Р _б,

де Р _н - тиск насичення водяної пари визначається по показанню температури мокрого термометра камери зволоження t _м³ по таблицям в мм.рт.ст.

Р _б - барометричний тиск повітря в аудиторії, визначається по барометру, мм.рт.ст.

5.3.2. Вологовміст повітря

5.3.3. Ентальпія повітря

І _зд. = t _с³ + 0,001 (2500 + 1,96^. t _с³)^. d _зд, кДж/кг сух.пов.

де t _с³ - показання сухого термометра камери зволоження.

5.3.4. Густина повітря

В дану формулу величина тиску підставляється в Па. Для переводу одиниць використовують співвідношення

1 мм.рт.ст. = 133,3 Н/м² (Па).

5.3.5. Теплоємність повітря

 

с _р.в.п. = с _р.с.п. + с _р.п.^. d _зд = 1,005 + 1,96 ^. d _зд,

де d _зд - вологовміст повітря, кг пари/кг сух.пов.

5.3.6. Порівнюємо параметри повітря, розраховані за формулами і визначені по I-d діаграмі. Результати заносимо в табл. 4.3.

 

Т а б л и ц я 4.3.

№ п/п	Параметр	Позначення	Спосіб обчислення
Аналітичний	I-d діаграма
1.	Парційний тиск	Р п, Па
2.	Відносна вологість	j, %
3.	Вологовміст	d,
4.	Ентальпія	I,
5.	Густина	r в.п,
6.	Теплоємність	с р.в.п.

 

5.4. Визначення питомої витрати теплоти і сухого повітря на 1 кг випареної вологи.

5.4.1. По графіку залежності V=f(Dh) визначається витрата повітря - V _в.п., м³/с, D h - перепад водяного стовпа по дифманометру.

5.4.2. По таблицям властивостей водяної пари (по тиску) при Р _п визначають температуру насичення пари. Якщо показання сухого термометру більші за температуру насичення t _с > t _н, то пара в потоці повітря перегріта. Тоді по таблицям властивостей перегрітої водяної пари при значеннях Р _п і t _с визначають питомий об¢єм. Якщо t _с = t _н, то по таблицям тисків визначають v². Густина пари (абсолютна вологість повітря) визначається як величина зворотна питомому об¢єму

або

де R _п - газова стала водяної пари, R _п = 462 Дж/кг×K.

5.4.3. Густина повітря за калорифером

кг/м³

Значення тиску підставляють у Па.

5.4.4. Густина сухого повітря

r _{с.п. =} r _в.п. - r _п.

5.4.5. Масова витрата вологого повітря

m _{в.п. =} V _в.п. ^. r _в.п. кг/с

5.4.6. Масові частки пари і сухого повітря у вологому повітрі

g _п = r _п /r _в.п. g _{с. п.} = r _с.п. /r _в.п.

5.4.7. Масові витрати пари і сухого повітря після калориферу

m _с.п. = g _с.п. ^. m _в.п. m _п. = g _п. ^. m _в.п.

5.4.8. Визначається вологовміст до і після калорифера

Р _м = Р _н - 6,5 ^. 10^-4 (t _с^a - t _м^а) ^. Р _б.

де Р _н визначається по t _м^а по таблицям, мм.рт.ст.

5.4.9. Визначається ентальпiя повітря до і після калориферу

I ₁ = t ₁ + 0,001 (2500 + 1,96 ^. t ₁) ^. d ₁,

I ₂ = t ₂ + 0,001 (2500 + 1,96 ^. t ₂) ^. d ₂.

5.4.10. Кількість випареної вологи

m _вл = 0,001 (d _зд - d ₂)^. m _с.п. кг пари/с

5.4.11. Кількість теплоти, яка передана повітрю в калорифері

Q = m _с.п.(І ₂ - І ₁), кВт

5.4.12. Питома витрата теплоти на випаровування вологи

Визначається питома витрата теплоти за допомогою I-d діаграми

5.4.13. Питома витрата сухого повітря на випаровування вологи

Визначається ця величина за допомогою I-d діаграми

5.4.14. Заносимо розрахункові дані у таблицю

Т а б л и ц я 4.4.

№ п/п	Назва параметру	Позначення	Одиниця вимірювання	Величина
1.	Об¢ємна витрата вологого повітря	V в.п.	м^3/с
2.	Абсолютна вологість	r п	кг/м^3
3.	Густина вологого повітря	r в.п.	кг/м^3
4.	Густина сухого повітря	r с.п.	кг/м^3
5.	Масова витрата вологого повітря	m в.п.	кг/с
6.	Масова витрата сухого повітря	m с.п.	кг/с
7.	Масова витрата пара	m п.	кг/с
8.	Вологовміст повітря до і після калорифера	d 2 = d 1
9.	Ентальпiя повітря	I 1 I 2	кДж/кг кДж/кг
10.	Кількість випареної вологи	mвп	кг пари/с
11.	Кількість теплоти прийнята повітрям у калорифері	Q	кВт
12.	Питома витрата теплоти	q розрах.	кДж/кг.пари
q I-d	кг сух,пов./кг пари
13.	Питома витрата сухого повітря	l розрах..	кг сух.пов./кг пари
l I-d	кг.сух.пов./кг пари

 

5.5. Побудова процесу змішування і охолодження в I-d діаграмі (рис. 4.6)

В камері змішування змішується повітря після калориферу і після зволожувача. Позначимо потік повітря після калориферу індексом 1, а після зволожувача індексом 2.

5.5.1. По показанням t _с^а і t _м^а знаходимо в I-d діаграмі точку, що відповідає параметрам повітря в аудиторії, (див. рис. 4.4.). Із цієї точки піднімаємось на лінії d =соnst до перетину з ізотермою t ₂ і отримуємо точку 1, яка відповідає першому потоку.

5.5.2. По показанням t _с³ і t _м³ знаходимо в I-d діаграмі точку 2, що відповідає другому потоку.

5.5.3. З¢єднуємо точки 1 і 2 прямою лінією і по пропорції знаходимо точку K, яка відповідає параметрам суміші.

де l_1-2- довжина відрізка в I-d діаграмі, яка з¢єднує точки 1 і 2.

l_1-к - довжина невідомого відрізка.

Знайшовши l_1-к, від точки 1 по лінії К - 2 відкладаємо відрізок l_1-к і отримуємо точку К.

По показанням t _с^зм i t _м^зм находимо дійсну точку К _д, що відповідає параметрам суміші. Ця точка повинна лежати на лінії 1-2. Якщо вона на ній не лежить, то це результат похибки досліду.

5.5.4. Із точки К по лінії d =const опускаємось до точки перетину з ізотермою t ₂^о. Отримуємо точку 3, яка характеризує потік повітря на виході із охолоджувача. Лінія К-3 - теоретичний процес охолодження.

5.5.5. Із точки К _д по лінії d =const опускаємось до перетину з ізотермою t ₂^о і отримуємо дійсний процес охолодження К _д- 3 _д. Орієнтовний вигляд процесів зображено на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Побудова процесів змішування і охолодження в I-d діаграмі

 

5.5.6. Результати побудови процесів заносимо у табл. 4.5.

Т а б л и ц я 4.5

№ п/п	Параметри	Позна-чення	Одиниця вимірювання	Точки
1	2	К	3	К д	3 д
1.	Вологовміст	d	г. пари/кг. с.п.
2.	Відносна вологість	j	%
3.	Температура	t	^0С
4.	Ентальпія	I	кДж/ кг. с.п.

 

5.6. Визначаємо параметри суміші.

5.6.1. Температура суміші відома, вона виміряна сухим термометром камери змішування t_сум.= t_с^зм.

5.6.2. Парціальний тиск у точках 1 і 2.

Р _п1 = Р _н1 - (t _с^а - t _м^а) ^. 6,5 ^. 10^{-4 .} Р _б, мм.рт.ст.

Р _п2 = Р _н2 - (t _с³ - t _м³) ^. 6,5 ^. 10^{-4 .} Р _б, мм.рт.ст.

Значення парціального тиску насичення Р _н знаходимо на таблицях: Р _н1 при t _м^а; Р _н2 при t _м³.

5.6.3. Вологовміст у точках 1 і 2.

Значення тиску підставляють у Па. 1 мм.рт.ст.=133,3Н/м².

5.6.4. Відношення витрат потоків повітря

де V ₂ , V ₁ - об¢ємна витрата другого і першого потоку м³/с, визначається по графіку.

5.6.5. Ентальпія повітря у точках 1 і 2

I ₁ = t ₂+0,001(2500+1,96^. T ₂) ^. d,

I ₂ = t _с³+0,001(2500+1,96^. T _с³) ^. d ₂

5.6.6. Вологовміст і ентальпія суміші

кДж/кг.сух.пов.

5.6.7. Парціальний тиск суміші

5.6.8. По таблицям властивостей водяної пари визначаємо P _{н сум.}при t _с^3м.

5.6.9. Відносна вологість суміші

 

j _сум. = Р _п.сум/ Р _н.сум., %

5.6.11. Ентальпія повітря на виході з охолоджувача.

I ₂^о = t ₂^о + 0,001 (2500 + 1,96 ^. t ₂^о) ^. d _сум. , кДж/кг.

5.6.12. Густина суміші, пари і сухого повітря

кг/м³;

кг/м³;

r _с.п. = r _сум. - r _п , кг/м³

Значення тиску підставляється у Па.

5.6.13. Масова частка і витрати сухого повітря.

g _см = r _с.п./ r _сум. m _с.п = g _сп (m ₁ + m ₂) кг/с

5.6.14. Кількість теплоти, відведеної від повітря при охолодженні.

Q = m _с.п.(I _сум. - I ₂^о), кВт

5.6.15. Результати розрахунків заносяться у таблицю.

Т а б л и ц я 4.6.

№ п/п	Назва параметру	Позначення	Одиниця вимірюв.	Величина
1.	Парційний тиск	Р п1 Р п2	Па Па
2.	Вологовміст	d 1 d 2	г.п./кг.с.п. г.п./кг.с.п.
3.	Відношення потоків	n	-
4.	Ентальпія потоків	I 1 I 2	кДж/кг кДж/кг
5.	Вологовміст суміші	d сум.	г.п../кг с.п.
6.	Ентальпія суміші	I сум.	кДж/кг
7.	Відносна вологість суміші	j	%
8.	Ентальпія повітря на віході з охолоджувача	I 2^о	кДж/кг
9.	Масова витрата сухого повітря	m с.п.	кг/с
10.	Кількість відведеної теплоти	Q	кВт

СКЛАД ЗВІТУ

Звіт записується на подвійному аркушу учнівського зошита, він складається:

6.1. Мета і задача роботи.

6.2. Схема лабораторної установки і опис її роботи.

6.3. Таблиця результатів вимірювання 4.1, або 4.2.

6.4. Таблиці розрахункових даних 4.3., 4.4., або 4.5.,і 4.6.

6.5. Схематичне зображення процесів в I-d діаграмі.

6.6. Висновки по роботі.

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

7.1. Дайте визначення параметрам вологого повітря: вологовмісту, відносній вологості, абсолютній вологості.

7.2. Запишіть формули для визначення ентальпії, теплоємності, густини.

7.3. Як будуються процеси нагрівання і адіабатного зволоження, змішування і охолодження в I-d діаграмі?

7.4. Які параметри і чим вони вимірюються в роботі?

7.5. Порядок проведення роботи.

7.6. Як знайти точку в I-d діаграмі при відомих показаннях сухого і мокрого термометру?

7.7. Насичений і ненасичений стан повітря.

7.8. Чому процес випаровування вологи вважається адіабатним процесом?

 

Л І Т Е Р А Т У Р А

8.1. Воронец Д., Козич Д. Влажный воздух. Термодинамические свойства и применение. - М.: Энергоиздат, 1984.

8.2. Зубарев В.Н., Александров А.А., Охотин В.М., Практикум по технической термодинамике: Учебн.пособ. - М.: Энергоиздат., 1986.

8.3. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача - М.: Высшая школа, 1975.

8.4. Алабовский А.Н., Константинов С.М., Недужий И.А. Теплотехника. – К.: Вища школа, 1986.

 

 

Лабораторна робота № 5