Лабораторна робота N 4 "Дослідження процесів

у вологому повітрі"

Вступ

Вологе повітря, яке являє собою суміш сухого повітря та водяної пари, широко застосовується при вентиляції, кондиціюванні, сушці вологих матеріалів та в інших технологічних процесах.

З достатньою для технічних розрахунків точністю вологе повітря можна розглядати, як суміш ідеальних газів, з застосуванням всіх рівнянь, характерних для таких сумішей.

Тоді у відповідності до закону Дальтона тиск вологого повітря, який дорівнює барометричному В, є сумою парціальних тисків сухого повітря p_c і водяної пари p_п:

. (4.1)

Водяна пара у повітрі може знаходитися у перегрітому або в сухому насиченому стані.

Суміш сухого повітря з сухою насиченою парою називається насиченим вологим повітрям.

Суміш сухого повітря з перегрітою парою називається ненасиченимвологим повітрям.

Абсолютна вологість повітря являє собою кількість водяної пари, що припадає на 1 м³ вологого повітря і чисельно дорівнює густині водяної пари

, (4.2)

де G_п - маса водяної пари, кг;

V_вп - об`єм вологого повітря, м³.

Відносна вологість повітряj є відношення фактичної абсолютної вологості r_п при заданій температурі t і барометричному тиску В до максимально можливої абсолютної вологості повітря r_н при тих же параметрах:

, (4.3)

де p_п - фактичний парціальний тиск водяної пари в перегрітому стані при заданих В і t, кПа;

p_н - парціальний тиск насиченої водяної пари при температурі t,кПа.

Визначення відносної вологості повітря здійснюється за допомогою психрометра та психрометричних таблиць (додаток 4).

Вологовмістd є маса водяної пари, що припадає на 1 кг сухого повітря:

, (4.4)

де m_п - маса водяної пари,кг;

m_с - маса сухого повітря, кг;

R_п - газова стала водяної пари, Дж/(кг·град);

R_с - газова стала сухого повітря, Дж/(кг·град).

Ентальпія «i» вологого повітря відноситься до 1 кг сухого повітря і складається з суми ентальпії сухого повітря i_с та ентальпії водяної пари d·i_п і розраховується з рівняння Л.К.Рамзіна:

. (4.5)

Для практичних розрахунків процесів, що відбуваються у вологому повітрі при його використанні у калориферах (нагрів), кондиціонерах (охолодження), сушарках (нагрів та адіабатне уволоження) та інших теплотехнічних агрегатах використовується id - діаграма вологого повітря (додаток 5).

Мета лабораторної роботи

Мета роботи - поглиблення знань про зміну стану вологого повітря при його нагріві з наступним використанням для сушки вологого матеріалу, знайомство з принципом дії психрометра та його використанням для визначення відносної вологості повітря в початковому стані, вдосконалення навичок використання id - діаграми для практичних розрахунків.

Завдання лабораторної роботи

- вивчення зміни стану вологого повітря в сушарці та відображення фактичного процесу сушки на id - діаграмі вологого повітря;

- визначення кількості теплоти, що витрачається на випаровування одиниці маси вологи;

- визначення тепловтрат в сушарці;

- дослідження впливу витрати сушильного агента (вологого повітря) на ефективність вологопоглинання.

Опис лабораторної установки

Лабораторна установка для вивчення процесів у вологому повітрі (рис.4.1) складається з двох основних частин:

- калорифера для нагрівання вологого повітря,

- сушарки, де нагріте вологе повітря, контактуючи з вологім матеріалом, вбирає в себе додаткову вологу.

В склад калорифера входить зовнішня труба 1 та проміжна гільза 2, в середині якої на керамічній трубці 3 змонтовано нагрівач 4.

Сушарка складається з внутрішньої труби 5, проміжної гільзи 6 та зовнішньої труби 7, покритої шаром ізоляції 8. В трубу 5 встановлюється ємність 9, в якій змонтовані клаптики бавовняної тканини 10, що знаходяться в постійному контакті з водою.

Калорифер і сушарка з`єднані патрубком 11.

Атмосферне вологе повітря, стан якого визначається за допомогою психрометра і барометра, просмоктується через установку пилососом 12, продуктивність якого регулюється за допомогою ЛАТРа 13.

Для визначення витрати вологого повітря за допомогою U - подібного манометра 14 фіксується перепад тиску на вимірювальній діафрагмі 15. По перепаду тиску Dp, Розраховується фактична витрата повітря у відповідності

до аналітичної залежності:

V' ·10⁴ = 7,436+0,526· Dp – 1,48·10^-3· Dp ², (4.6)

де V' - витрата вологого повітря, м³/с;

Dp - перепад тиску на вимірювальній діафрагмі 15, мм. вод. ст.

Рис. 4.1 Схема лабораторної установки для дослідження

процесів у вологому повітрі

В калорифері повітря спочатку рухається по зазору між трубою 1 і гільзою 2, потім переходить у гільзу 2, де контактує з нагрівачем 4. При цьому температура повітря підвищується, і нагріте повітря через патрубок 11 переходить в сушарку. Температура повітря перед сушаркою фіксується термометром 17.

Нагріте повітря контактує з вологім матеріалом 10, уволожнюється і по зазорах між внутрішньою трубою 5 та гільзою 6, а також між гільзою 6 та зовнішньою трубою 7 залишає сушарку через патрубок 18.

Багатоходовий рух повітря в калорифері та сушарці здійснюється з метою зниження витрат теплоти в навколишнє середовище.

Для визначення стану повітря на виході з сушарки у патрубку 18 вмонтовані "сухий" 19 та "мокрий" 20 термометри.

Регулювання нагріву повітря здійснюється за допомогою ЛАТРа 21 шляхом зміни потужності електричного струму, що подається на нагрівач 4. Потужність нагрівача розраховується по показам амперметра 22 та вольтметра 23.

Підключення нагрівача 4 та пилососа 12 до мережі змінного струму напругою 220 В здійснюється вимикачами 24 та 25.

Методика виконання роботи

Лабораторну роботу по дослідженню процесів у вологому повітрі необхідно виконувати в такій послідовності:

1. За допомогою психрометра та психрометричної таблиці визначити стан повітря в приміщенні (температуру та відносну вологість).

2. Зафіксувати барометричний тиск повітря В.

3. Перевірити наявність води в ємності 9, достатність уволоження бавовняної тканини 10 та тканини на "мокрому" термометрі 20.

4. За допомогою вимикача 25 подати напругу на ЛАТР 13 і відрегулювати ним таку потужність пилососа 12, яка забезпечує необхідну витрату повітря через установку.

5. Вимикачем 24 подати напругу на ЛАТР 21 і останнім відрегулювати таку потужність нагрівача 4, щоб температура повітря перед сушаркою, вимірювана термометром 17, дорівнювала 65...75 ^оС.

6. Покази вимірювальних приладів фіксувати при стаціонарному режимі сушки. Про стаціонарність режиму сушки свідчить сталість стану повітря, що залишає сушарку, тобто сталість показів "сухого" 19 і "мокрого" 20 термометрів, встановлених на виході з сушарки.

Після досягнення стаціонарного режиму сушки на протязі 10 хвилин з інтервалом 2 хвилини фіксувати покази амперметра 22, вольтметра 23, а також термометрів 17,19,20.

На U - подібному манометрі 14 зафіксувати перепад тиску Dp на вимірювальній діафрагмі 15.

Результати вимірів занотувати в журнал спостережень.

Журнал спостережень

7. Змінити витрату повітря та потужність нагрівача 4 так, щоб температура повітря перед сушаркою складала 65...75 ^оС, і повторити операції по п.6. Зміну витрати повітря та потужності нагрівача виконати 3...4 рази.

8. Після закінчення роботи відключити нагрівач 4 шляхом зменшення його потужності до нуля ЛАТРом 21 та відключення від мережі вимикачем 24.

Через 10...15 хвилин за допомогою ЛАТРа 13 і вимикача 25 виключити пилосос 12.

Обробка результатів спостережень

1. По показах термометрів психрометра визначити відносну вологість повітря в приміщенні j₁, використовуючи психрометричну таблицю (додаток 4).

2. На id - діаграмі побудувати точки, що характеризують стан вологого повітря:

Точка 1, що характеризує стан повітря перед калорифером (в приміщенні) знаходиться по показам психрометра на перехрещенні ізотерми t₁ та лінії t_m= t_1m = const.

Точка 2, що характеризує стан повітря перед сушаркою, знаходиться на перехрещенні ізотерми t₂ та лінії вологовмісту d₁ = d₂ = const.

Точка 3, що характеризує стан повітря за сушаркою після його уволоження контактуванням з вологим матеріалом, знаходиться по показам термометрів t₃ та t_3m аналогічно точці 1.

3. За допомогою id - діаграми визначити показники вологого повітря і звести їх в таблицю.

Таблиця показників вологого повітря

4. З рівняння (4.6) розрахувати витрату вологого повітря V'.

5. Винайти масову витрату сухого повітря через установку:

. (4.7)

6. Визначити кількість теплоти (у кДж/кг вологи) на випаровування в сушарці 1 кг вологи:

. (4.8)

7. Визначити теплову потужність, витрачену на нагрів повітря в калорифері:

. (4.9)

8. Визначити втрату теплової потужності в калорифері:

. (4.10)

9. Визначити втрату теплової потужності в сушарці:

. (4.11)

10. Побудувати графічну залежність q = f(), прийнявши температуру повітря, що входить до сушарки, сталим t₂ = const.

11. Виконати викопіровку частини id - діаграми (додаток 5) з зображенням на ній фактичних процесів зміни стану повітря в лабораторній установці.

Контрольні запитання

1. Дати визначення вологого повітря. В якому стані може знаходиться пара у вологому повітрі?

2. Дати визначення насиченого та ненасиченого вологого повітря.

3. Що таке абсолютна та відносна вологість повітря?

4. Що характеризують температура точки роси та температура "мокрого" термометра?

5. Як розрахувати газову сталу та питому ентальпію вологого повітря?

6. Що таке вологовміст, його розмірність та формула для обчислення?

7. Яке повітря, сухе чи вологе, має більшу густину? Привести розрахункове рівняння.

8. Які лінії зображені на id - діаграмі вологого повітря?

9. Як відображуються на id - діаграмі основні процеси вологого повітря (нагрів, охолодження, адіабатне уволоження, змішування потоків)?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: