Определение характеристик влажного воздуха (стр. 3 )

Для любой точки на диаграмме можно также определить температуру насыщения , парциальное давление водяных паров во влажном воздухе , а также относительную влажность воздуха и его влагосодержа-
ние .

Рисунок 3. Определение характеристик влажного воздуха
с помощью h-d диаграммы

h-d диаграмма дает возможность наглядно изображать, рассчитывать и исследовать термодинамические процессы, происходящие с влажным воздухом. Так, при нагреве в калорифере влагосодержание воздуха не изменяется (), а энтальпия его растет. Если точка А характеризует состояние воздуха перед подогревом, то процесс нагрева изображается вертикальной прямой, направленной вверх (А-В). Соответственно, процесс охлаждения влажного воздуха изображается вертикальной прямой, направленной вниз (В-А) (рис. 3).

Процесс сушки материалов воздухом, если он происходит без тепловых потерь в окружающую среду (), исходя из первого начала термодинамики, является изоэнтальпийным (). В этом процессе влагосодержание воздуха растет (адиабатическое увлажнение), а количество теплоты, получаемое осушаемым материалом от воздуха, равно количеству теплоты, которое передается влажному воздуху за счет испарения воды. Процесс адиабатического увлажнения воздуха, сопровождающийся ростом его относительной влажности и влагосодержания , а также снижением температуры (B-C). Если процесс увлажнения воздуха сопровождается тепловыми потерями в окружающую среду (), то он может быть изображен линией (B-D).

Обычно h-d диаграмма влажного воздуха строится для определенного давления. Чтобы выяснить возможность использования имеющейся диаграммы для других давлений влажного воздуха, необходимо найти зависимости его основных параметров от давления.

Так как влажный воздух можно считать смесью идеальных газов, его энтальпия не зависит от давления и сетку изотерм и кривых, описывающих изоэнтальпийные процессы, имеющейся диаграммы правомерно использовать и при других давлениях влажного воздуха [8, 9].

Написав уравнения состояния для водяного пара и влажного воздуха при условии равенства их температур и равномерного распределения водяного пара в объеме влажного воздуха

, (21)

, (22)

и разделив эти уравнения одно на другое, получаем

. (23)

Если рассмотреть процесс изотермического сжатия влажного воздуха как закрытой термодинамической системы, из соотношения (23) видно, что с ростом давления влажного воздуха пропорционально увеличивается парциальное давление водяного пара, так как правая часть этого соотношения в рассматриваемом процессе остается неизменной.

Это заключение дает возможность признать справедливым следующее уравнение

, (24)

где – парциальное давление водяного пара, найденное по h-d диаграмме, построенной для давления влажного воздуха ; – парциальное давление водяного пара при давлении влажного воздуха .

Используя соотношения (8) и (24) и учитывая, что в рассматриваемом изотермическом процессе сжатия влажного воздуха не меняется давление насыщения водяного пара, так как , получаем следующее уравнение:

, (25)

где – относительная влажность воздуха, найденная по h-d диаграмме, построенной для давления влажного воздуха ; – относительная влажность воздуха для давления .

Из уравнения (25) следует, что с ростом давления влажного воздуха пропорционально увеличивается его относительная влажность.

Выражения (24) и (25) дают возможность с использованием имеющейся h-d диаграммы определить парциальное давление водяного пара и относительную влажность воздуха для заданного давления и построить кривую зависимости парциального давления водяного пара от влагосодержания и линии постоянной относительной влажности воздуха () при заданном давлении влажного воздуха.

Кроме того, исходя из соотношения (25) и преобразованной зависимости (10)

. (26)

видно, что влагосодержание влажного воздуха не меняется при увеличении давления влажного воздуха и определяется только давлением насыщения водяного пара при заданной температуре .

2.  Лабораторная работа
«Определение характеристик влажного воздуха»

Цель лабораторной работы: изучение термодинамических характеристик влажного воздуха и методов их определения.

Содержание лабораторной работы: экспериментальное определение абсолютной и относительной влажности воздуха, парциального давления водяных паров, энтальпии влажного воздуха и его влагосодержания.

Описание опытной установки и методика проведения эксперимента

Лабораторная установка состоит из прозрачного пластмассового воздуховода 1, внутри которого установлен психрометр 13 (рис. 4). Площадь проходного сечения воздуховода F составляет 0,0177 м2.

Психрометр состоит из «сухого» 5 и «мокрого» 4 ртутных термометров. «Мокрый» термометр отличается от «сухого» тем, что его ртутный термобаллончик обернут тканью, смоченной водой. Таким образом, «мокрый» термометр показывает температуру, которую имеет вода, содержащаяся во влажной ткани. Очевидно, что с поверхности мокрой ткани (если только влажный воздух не является насыщенным) происходит испарение воды. Убыль влаги в процессе испарения компенсируется ее поступлением под действием капиллярных сил из специального резервуара с водой 3. Поток воздуха создается компрессором 2. Расход воздуха через воздуховод измеряется устройством типа трубки «Вентури» 9 по показаниям водяного
U-образного вакууметра 10.

Рисунок 4. Схема лабораторной установки

1 - воздуховод; 2 – компрессор; 3 – резервуар с водой; 4 – «мокрый» термометр;

5 – «сухой» ртутный термометр; 6 – электрический нагреватель; 7 – автоклав;

8 – заслонка; 9 – трубка «Вентури»; 10 – U-образный вакууметр;
11 – барометр; 12 – термометр; 13 – психрометр

В процессе экспериментального исследования существует возможность изменять режимы работы опытной установки. Переход от одного режима работы установки к другому осуществляется путем изменения температуры воздуха с помощью электронагревателя 6, регулирования скорости воздушного потока с помощью поворотной заслонки 8, а также путем подачи в поток воздуха различного количества водяного пара, генерируемого в автоклаве 7. Измерение параметров окружающей среды выполняется с помощью ртутного барометра 11 и термометра 12. При достижении стационарного (установившегося) режима работы опытной установки разность показаний «сухого» и «мокрого» термометров не изменяется во времени. В процессе исследования рекомендуется проводить от 3 до 6 опытов, характеризующиеся установившимися режимами работы установки.

Результаты измерений в процессе экспериментов заносятся в протокол экспериментальных исследований (табл. 1).

Таблица 1 - Опытные данные

№ п/п	Измеряемый параметр	№ опыта
1	2	3	4	5	6
1.	Температура «сухого» термометра tс, °С
2.	Температура «мокрого» термометра tм, °С
3.	Показания U-образного вакуумметра Н, мм вод. ст.
4.	Показания барометра , мбар
5.	Температура окружающей среды tокр,°С

1 бар = 103 мбар = 750 мм рт. ст. = 10 м вод. ст. = 105 Па = 0,1 МПа.