Научиться определять параметры влажного воздуха: с помощью психрометров Августа и Ассмана; с помощью i - d диаграммы влажного воздуха; расчётными методами.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
2.1. Ознакомиться с методами определения параметров влажного воздуха.
2.2. Провести замеры температур воздуха с помощью психрометров Августа и Ассмана в указанных местах лаборатории.
2.3. Определить барометрическое давление Pб.
2.4. По показаниям психрометра Августа определить с помощью психрометрической таблицы относительную влажность воздуха φ.
2.5. По показаниям психрометра Августа (температуры сухого tc и мокрого tвл термометров) найти положение точки на i - d диаграмме и определить параметры этой точки (энтальпию i , относительную влажность φ, влагосодержание d, парциальное давление водяных паров в воздухе).
2.6. По показаниям психрометра Ассмана, считая, что tвл= tм, найти точку характеризующую данное состояние воздуха на i - d диаграмме, определить параметры этой точки φ, d, i, tр, Pп, Pн.
2.7. Провести расчёты параметров влажного воздуха.
2.8. Измерения, определённые по таблицам и i - d диаграмме, расчётные параметры влажного воздуха свести в таблицы.
2.9. Провести сравнительный анализ точности определения параметров влажного воздуха.
2.10. После выполнения работы представить все материалы преподавателю для просмотра и отметки о выполнении.
3.Определение параметров влажного воздуха
3.1. Определение параметров с помощью i - d диаграммы
Наиболее прост и надёжен психрометрический способ определения относительной влажности воздуха. Он основан на адиабатическом насыщении воздуха. Рассмотрим, как будут меняться параметры воздуха, если в некоторый объём насыщенного воздуха, изолированного теплонепроницаемыми стенками, внести открытый сосуд с водой. Через некоторое время, температура воды, независимо от её начальной величины понизится и установится на определённом уровне tм (температура мокрого термометра). Она всегда будет ниже температуры воздуха (температура сухого термометра) и тем ниже, чем меньше его относительная влажность φ. Разность температур tc- tм называется психрометрической и обусловлена следующими обстоятельствами. Вследствие разности парциальных давлений пара над поверхностью воды и пара, содержащегося в воздухе, происходит испарение воды, на которое требуется затратить тепло. Температура воды устанавливается, когда тепло, передаваемое воде, уравновешивается теплом, затрачиваемым на испарение воды. Постоянно будет понижаться температура воздуха, а его относительная влажность увеличивается при неизменной температуре воды. Процесс изменения параметров воздуха завершится, когда его температура станет tм, а его относительная влажность φ= 100%, т.е. воздух станет насыщенным.
В области температур (от 0° до 100°С) без большой погрешности можно считать, что линия процесса адиабатического насыщения воздуха совпадает с линией постоянной энтальпии (i= const). Это обстоятельство позволяет легко определить температуру мокрого термометра tм по i - d диаграмме.
Температурой мокрого термометра tм называется предельная температура, которую примет воздух в процессе адиабатического насыщения до φ= 100%
Процесс взаимодействия воздуха с водой, протекающий без теплообмена с окружающей средой, называется процессом адиабатического расширения (см. рисунок 1).
Основными элементами психрометра Августа являются два термометра: «сухой» и «влажный». Ртутный резервуар «влажного» термометра заключён в оболочку из батиста, смачиваемую дистиллированной водой. Воздух, омывающий «влажный» термометр, насыщается, а температура воды в ткани устанавливается на некотором уровне tвл.
Рисунок 1 - Процесс адиабатического насыщения воздуха. (Определение температуры мокрого термометра tм показано стрелками)
Вследствие теплопритоков из окружающей среды температура несколько выше температуры мокрого термометра. Используя психрометрическую таблицу (см. таблицу 1) по разности
и температуре «влажного» термометра tвл, определяют относительную влажность воздуха φ.
Зная tс и φ , определяют положение точки А на i - d диаграмме и все остальные параметры (см. рисунок 2).
Более совершенным прибором для определения влажности воздуха является аспирационный психрометр Ассмана. Оба термометра заключены в металлические трубки, через которые проходит исследуемый воздух со скоростью 2,5 – 3 м/с. движение воздуха обеспечивает вентилятор, который вмонтирован в корпус психрометра и приводится в движение пружинным или электрическим двигателем.
Для защиты термометров от теплового облучения поверхность трубок полирована и никелирована. В остальном психрометр Ассмана устроен как психрометр Августа. Показания влажного термометра аспирационного психрометра близки к температуре мокрого термометра tвл.≈ tм Ошибка при отожествлении tвл и tм не превышает 1÷1,5%.
Таблица 1 - Психрометрическая таблица для температур от +16°С до +30°С по «влажному» термометру
Показания «влажного» термометра, °С
Разность показаний «сухого» и «влажного» термометров
0,5
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
Рисунок 2 - Определение положения точки А и недостающих
параметров по tс и φА с помощью i - d диаграммы
Рисунок 3 - Определение положения точки А и недостающих
параметров по tм и tс с помощью i - d диаграммы
Для определения влажности воздуха используют также метод точки росы.
Точкой росы называется температура tр, при которой воздух исходного влагосодержания становится насыщенным.
Рисунок 4 - Определение точки росы tр по i - d диаграмме
Для измерения точки росы понижают температуру поверхности и в момент выпадения на ней влаги регистрируют температуру поверхности. Эта температура приблизительно соответствует точке росы.
Парциальным давлением компонента Pi в газовой смеси называется давление, которое производил бы этот компонент в отсутствии других, находясь в том же объёме, в том же количестве и при той же температуре, что и в смеси.
Рисунок 5 - Определение положения точки А на i - d диаграмме по показаниям tс и tр
Рисунок 6 - Определение парциальных давлений водяных паров
на i - d диаграмме;
Ps- парциальное давление водяного пара в насыщенном воздухе;
Pп- парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе.
3.2. Расчёт параметров влажного воздуха
Используя значения парциальных давлений, определённых по диаграмме, рассчитываем относительную влажность воздуха:
,
Влагосодержание определяется по формуле
г/кг,
где Pб - барометрическое давление, измеренное с помощью анеройда, кПа.
Удельная теплоёмкость воздуха
кДж/(кг К),
где Срсв= 1,01- удельная теплоёмкость сухого воздуха, кДж/(кг К);
Давление сухой части воздуха определяется по формуле
кПа.
Плотность водяного пара
.
Плотность влажного воздуха
.
Расчётные величины заносим в таблицу 3.
3.3 Оформление результатов
Результаты замеров и вычислений сводятся в таблицы.
Таблица 1 - Параметры воздуха, определённые с помощью психрометра Августа и i - d диаграммы
Параметр/Точки
tc, °C
tвл, °C
φ, %
tм, °C
tр, °C
d, г/кг
i, кДж/кг
Pп, кПа
Ps, кПа
Pб, кПа
А
22,1
15,7
15,7
11,8
8,6
1,4
2,65
101,08
Таблица 2 - Параметры воздуха, определённые с помощью психрометра Ассмана и i - d диаграммы
Параметр/Точки
tc, °C
tм, °C
φ, %
tр, °C
d, г/кг
i, кДж/кг
Pп, кПа
Ps, кПа
Pб, кПа
А
21,9
15,5
11,5
8,4
1,38
2,6
101,08
Таблица 3 - Расчётные параметры воздуха
Параметр/Точки
φ, %
d, г/кг
iг, кДж/кг
iсв, кДж/кг
iвв, кДж/кг
ρсв, кг/м3
ρп, кг/м3
ρвв, кг/м3
Срв, кДж/кг°К
А
Б
8,61
2537,2
22,5
44,4
1,18
10,1
1,178
1,026
Вывод: Провели измерения с помощью психрометра Августа и психрометра Ассмана, научились работать с i - d диаграммой, определили параметры влажного воздуха, определили их сходимость.
Сравниваем точность определения относительной влажности: