Определение характеристик влажного воздуха (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ФГБОУ ВПО «БУРЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ имени В. Р.ФИЛИППОВА

_____________________________________________________________

Кафедра: «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

Методические указания к лабораторной работе по

ДИСЦИПЛИНЕ: «ТЕПЛОТЕХНИКА»

для студентов направлений подготовки:

1.  110800 – «Агроинженерия»

2.  140100 – «Теплоэнергетика и теплотехника»

Улан – Удэ 2014

УДК 536.7

Определение характеристик влажного воздуха. – Улан – Уддэ: БГСХА, 2014. – 40 с.

Приведены основные определения и расчетные соотношения по теме «Влажный воздух».

Представлена схема опытной установки для проведения лабораторной работы «Определение характеристик влажного воздуха». Изложены методики проведения лабораторной работы и обработки опытных данных. Приводится пример обработки опытных данных.

Для контроля знаний студентов по рассматриваемой теме предложены вопросы.

Включает задачи, направления экспериментальных исследований, темы рефератов и курсовых проектов для учебной научно-исследовательской работы студентов по теме «Влажный воздух».

Рецензент – , д – р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой МСХП БГСХА

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

1. Основные определения и расчетные соотношения.…………………….... 4

2. Лабораторная работа «Определение характеристик влажного воздуха» .. 17

3. Вопросы для контроля знаний …………………………………………….. 26

4. Задачи по теме «Влажный воздух» ………………………………………... 28

5. Направления экспериментальных исследований, темы рефератов

и курсовых проектов для учебной научно-исследовательской

работы студентов по теме «Влажный воздух» ……………………………. 35

ПРИЛОЖЕНИЕ ………………………………………………………………... 38

ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………………….… 41

1.  Основные определения и расчетные соотношения

Влажный воздух является рабочим телом в ряде энерготехнологических установок, используемых на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. К таким установкам относятся трубчатые печи, газотурбинные установки, аппараты воздушного охлаждения природного газа, установки вентиляции и кондиционирования воздуха и т. д. Расчет, регулирование и оптимизация процессов, происходящих в этих установках, требует знания характеристик влажного воздуха.

Влажным воздухом в наиболее общем случае называется смесь сухого воздуха с водяным паром, мельчайшими каплями воды или кристаллами льда.

В большинстве случаев, встречающихся в практической теплотехнике, влажный воздух рассматривается как смесь сухого воздуха с водяным паром, находящимся в сухом насыщенном или перегретом состоянии. Смесь сухого воздуха с сухим насыщенным водяным паром называется насыщенным влажным воздухом. Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара называется ненасыщенным влажным воздухом.

Температура, до которой необходимо охладить ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал сухим насыщенным, называется температурой точки росы или температурой насыщения . При охлаждении влажного воздуха до температуры ниже температуры точки росы () происходит конденсация водяного пара и образуется туман. Процессы изменения состояния влажного воздуха в энерготехнологических установках чаще всего происходят при невысоких давлениях, что дает основание рассматривать влажный воздух с некоторыми допущениями как газовую смесь, к которой применимы законы идеального газа.

В частности, для влажного воздуха, так и для компонентов его составляющих (сухого воздуха и водяного пара) справедливо уравнение состояния идеального газа [7]

для 1 кг , (1)

для кг , (2)

для 1 кмоля , (3)

для кмолей , (4)

где – давление, Па; – удельный объем, ; Т – абсолютная температура, К; – объем, м3; – характеристическая газовая
постоянная, Дж/(кг×К); – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль×К); – молярная масса, кг/кмоль; – молярный объем, м3/кмоль.

Согласно следствию из закона Дальтона, давление влажного воздуха определяется как сумма парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара

. (5)

Характеристики влажного воздуха зависят от содержания в нем водяного пара. Содержание водяного пара во влажном воздухе может быть выражено через абсолютную влажность, относительную влажность или влагосодержание.

Абсолютная влажность воздуха определяет массу водяного пара (), которая содержится в 1 м3 влажного воздуха. Так как принято считать, что водяной пар равномерно распределен в объеме влажного воздуха (), можно заключить, что абсолютная влажность численно равна плотности водяного пара в смеси (ρвп, кг/м3) при парциальном давлении водяного пара () и температуре смеси

. (6)

Одним из важнейших свойств влажного воздуха является его способность к насыщению водяными парами. Воздух, который способен поглощать водяной пар, называется ненасыщенным. В ненасыщенном влажном воздухе водяной пар находится в перегретом состоянии, а его парциальное давление ниже давления насыщения водяного пара при данной температуре (). Способность влажного воздуха поглощать водяной пар зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше водяных паров может поглотить воздух. Это объясняется тем, что с ростом температуры повышается давление насыщения водяного пара () и, как следствие, разность давления насыщения водяного пара и его парциального давления в воздухе (). Степень насыщения воздуха водяными парами характеризуется относительной влажностью φ.

Относительная влажность — это отношение абсолютной влажности воздуха () к максимально возможной абсолютной влажности воздуха () при данной температуре

, (7)

а учитывая то, что влажный воздух можно рассматривать как смесь идеальных газов, относительная влажность воздуха может определяться по следующему соотношению:

. (8)

Относительная влажность воздуха может изменяться от 0 до 1: для абсолютно сухого воздуха () его относительная влажность равна 0 , а для насыщенного влажного воздуха рвп = рs и φ = 1.

Влагосодержание влажного воздуха (, г/кг сухого воздуха) определяется как масса водяного пара в граммах, содержащаяся в 1 кг сухого воздуха

, (9)

где – масса водяного пара, кг; – масса сухого воздуха, кг.

Так как молярные массы сухого воздуха и водяного пара равны соответственно , , с использованием соотношений (2), (5), (8) и (9) находится связь между влагосодержанием и относительной влажностью воздуха

. (10)

Соотношение (10) дает возможность получить выражения для парциального давления водяного пара (11)

и парциального давления сухого воздуха . (12)

Энтальпия влажного воздуха () определяется как энтальпия газовой смеси, состоящей из 1 килограмма сухого воздуха и d граммов водяного пара