де Рс, Рп - відповідно тиск сухого повітря та водяної пари, Па.

З виразів (1.16) та (1.17) з урахуванням (1.18) отримаємо

(1.19)

де Rс = 287,04 - газова стала сухого повітря, Дж/(кгК); Rп = 461,66 - газова постійна водяна пара, Дж/(кгК). Параметри водяної пари наведено в табл. 1.5.1.

Таблиця 1.5.1

Параметри водяної пари

t, 0 З	 п.н. , кг/м3	Рп.н. , Па	t, 0 З	 п.н. , кг/м3	Рп.н. , Па

Дано (варіант 1): Температура повітря t= 20 0 С, відносна вологість= 0,6 у частках одиниці, кратність повітрообміну До= 10, об'єм приміщення V = 100 м 3

Рішення

1. Підставивши значення газових постійних Rз і Rп з урахуванням парціального тиску (табл. 1.8) та відносної вологості в формулу (1.19), отримаємо

(1.20)

де Рп.н. - Парціальний тиск;

Р- Тиск повітря в приміщенні, Па. Рп.н. при 20 0 З дорівнює 2319,8 Па.

Підставивши вже відомі значення формули (1.20), (1.19), (1.14), отримаємо

.

2. Визначимо теплоутримання повітря за формулою (1.15) при Зр = 999,999 + 0,1046125 t = 999,999 + 0,104612520=1001,6728 Дж/(кгК)

3. Визначимо необхідну кількість повітря, де Lуд = ДоV

Відповідь:

Lвр = 0,32 м 3 /с.

Таблиця 1.5.2

Вихідні дані (Т п = 15 о С)

варіанти				V, м 3	РП.М.

1.6. Розрахунок продуктивності місцевої вентиляції для розведення домішок та площі перерізу повітрозабірників

За загальнообмінної вентиляції відбувається обмін повітря у всіх приміщеннях. Вона застосовується тоді, коли виділення шкідливих речовин незначні та рівномірно видалені по всьому об'єму приміщення.

Місцева вентиляція діє безпосередньо на робочому місці. Вона може бути витяжною та припливною. Витяжну вентиляцію роблять безпосередньо в місцях утворення шкідливих викидів, наприклад, у гальванічних ванн, у пилу агрегатів, у електро-і газозварювальних постів. Місцеву припливну вентиляцію здійснюють у вигляді повітряних завіс, душ, оаз, які покращують мікроклімат в обмеженій зоні приміщення.

Конструктивно витяжна вентиляція включає повітрозабірники, рукави та вентилятор, що встановлюється за стіною приміщення.

При розрахунку кількості повітря, необхідного для розведення шкідливих домішок рівня ГДК, можна використовувати співвідношення

, м 3 /год (1.21)

де М- кількість шкідливих речовин, що виділяються у повітрі робочої зони, мг/год; ГДК- гранично-допустима концентрація найбільш небезпечної речовини, що виділяється у повітря робочої зони (наприклад, пари свинцю на монтажній ділянці друкованих плат).

Продуктивність місцевої вентиляції визначається за формулою

М 3 /год, (1.22)

де F- переріз повітрозабірників, м 2; V- Швидкість руху повітря, що розвивається місцевою вентиляцією, м/с, приймається від 0,5 до 1,7 м/с.

Очевидно, що продуктивність місцевої вентиляції повинна відповідати потрібній кількості повітря

, (1.23)

(1.24)

якщо площа повітрозабірників невідома, визначають Fіз формули (1.24)

, м 2 (1.25)

Дано (варіант 1): На мідницькій ділянці, де здійснюється пайка вузлів, деталей, їх попереднє травлення, виділяються шкідливі речовини, зокрема окис міді, ГДК = 0,2 мг/м 3 (середньодобова), речовина 2 класу небезпеки. За стіною встановлено вентилятор, який забезпечує швидкість витяжки повітря через повітрозабірники, що дорівнює 1,7 м/с. У повітря надходить 1800 мг/год оксидів міді.

Рішення

1)

м 3 /год; 2)

м 2 ,

Відповідь:

м 3 /год

м 2

дані, необхідні розрахунку місцевого вентиляції, наведені в табл. 1.6.1.

Таблиця 1.6.1

Вихідні дані

варі-анта	М, мг/год	ГДК, мг/м3		варі-анта	М, мг/год	ГДК, мг/м3		варі-анта	М, мг/год	ГДК, мг/м3

Міністерство освіти та науки Російської Федерації

Федеральне агентство з освіти

Саратовський державний технічний університет

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ

Методичні вказівки

для студентів спеціальностей 280201

денної та заочної форм навчання

Саратов 2009

Мета роботи: поглиблення знань з розділу технічної термодинаміки «Вологе повітря», вивчення методики розрахунку параметрів вологого повітря та здобуття навичок у роботі з вимірювальними приладами.

В результаті роботи має бути засвоєно:

1) основні поняття про вологе повітря;

2) методика визначення параметрів вологого повітря по

розрахунковим залежностям;

3) методика визначення параметрів вологого повітря по

I-d-діаграма.

1) визначити значення параметрів вологого повітря по

розрахунковим залежностям;

2) визначити параметри вологого повітря за допомогою

I-d-діаграми;

3) скласти звіт про виконану лабораторної роботи.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ

Повітря, що не містить водяної пари, називається сухим повітрям. У природі сухе повітря не зустрічається, оскільки атмосферне повітря завжди містить кілька водяної пари.

Суміш сухого повітря з водяною парою називається вологим повітрям. Вологе повітря широко використовується в сушильних та вентиляційних установках, пристроях кондиціювання повітря тощо.

Характерна особливість процесів, що протікають у вологому повітрі, полягає в тому, що кількість водяної пари, що міститься в повітрі, змінюється. Пара може частково конденсуватися і, навпаки, вода випаровується у повітря.

Суміш, що складається з сухого повітря та перегрітої водяної пари, називається ненасиченим вологим повітрям. Парціальний тиск пари рп в суміші менше тиску насичення рН, що відповідає температурі вологого повітря (рп<рн). Температура пара выше температуры его насыщения при данном парциальном давлении.

Суміш, що складається з сухого повітря і насиченої сухої водяної пари, називається насиченим вологим повітрям. Парціальний тиск водяної пари в суміші дорівнює тиску насичення, що відповідає температурі вологого повітря. Температура пари дорівнює температурі конденсації при даному парціальному тиску пари.

Суміш, що складається з сухого повітря і вологої насиченої водяної пари (тобто в повітрі є частки сконденсованої пари, що знаходяться у зваженому стані і випадають у вигляді роси), називається вологим перенасиченим повітрям. Парціальний тиск водяної пари дорівнює тиску насичення, що відповідає температурі вологого повітря, яка дорівнює в даному випадку температурі конденсації пари, що знаходиться в ньому. В цьому випадку температура вологого повітря називається температурою точки роси tр. Якщо парціальний тиск водяної пари виявиться з якихось причин більше тиску насичення, то частина пари сконденсується у вигляді роси.

Основними показниками, що характеризують стан вологого повітря, є вміст вологи d, відносна вологість j, ентальпія Iта щільність r.

Розрахунок параметрів вологого повітря провадиться з використанням рівняння Менделєєва-Клапейрона для ідеального газу, якому з достатнім наближенням підпорядковується вологе повітря. Розглядаємо вологе повітря як газову суміш, що складається із сухого повітря та водяної пари.

Згідно із законом Дальтона, тиск вологого повітря родно:

де рв- Парціальний тиск сухого повітря, Па;

рп- Парціальний тиск водяної пари, Па.

Максимальне значення парціального тиску водяної пари дорівнює тиску насиченої водяної пари рн,відповідного температури вологого повітря.

Кількість водяної пари в суміші в кг, що припадає на 1 кг сухого повітря, називається вмістом вологи d, кг/кг:

http://pandia.ru/text/78/602/images/image003_38.gif" width="96" height="53">, так як , то ;

Оскільки , то , (4)

де V- Об'єм газової суміші, м3;

Rв, Rп– газові постійні повітря та водяна пара, рівні

Rв=287 Дж/(кг×К), Rп=461 Дж/(кг×К);

Т- Температура вологого повітря, До.

Враховуючи, що і підставляючи вирази (3) і (4) у формулу (2), остаточно отримуємо:

http://pandia.ru/text/78/602/images/image011_8.gif" width="91" height="61">.

Так як rпі rпmaxвизначаються за тієї ж температури вологого повітря, то

DIV_ADBLOCK163">

Щільність вологого повітря дорівнює сумі густин сухого повітря rвта водяної пари rп, що визначаються при їх парціальних тисках та температурі вологого повітря:

. (8)

Щільність сухого повітря і водяної пари визначається з рівняння Менделєєва-Клапейрона, записаного для даних двох компонентів газової суміші (3) і (4).

Rзнаходиться за формулою:

http://pandia.ru/text/78/602/images/image015_6.gif" width="175" height="64 src=">.

Ентальпія вологого повітря Iявляє собою суму ентальпій 1 кг сухого повітря та dкг водяної пари:

I= iв+ d× iп . (11)

Ентальпія сухого повітря та пари:

http://pandia.ru/text/78/602/images/image017_4.gif" width="181" height="39"> , (13)

де tм- Показання мокрого термометра, ° С;

(tc- tм) - психрометрична різниця, ° С;

х- Поправка до температури мокрого термометра, %, визначається

за графіком, розташованим на стенді, залежно від tмта швидкості

Для визначення тиску вологого повітря використовується барометр.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ТА МЕТОДИКА ОБРОБКИ

РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ

Виміряти температуру сухого та мокрого термометрів. Визначити справжню величину температури мокрого термометра за формулою (13). Знайти різницю Dt = tc - tм істта за психрометричною таблицею визначити відносну вологість повітря.

Знаючи величину відносної вологості, з виразу (7) знайти парціальний тиск водяної пари.

за (12), (13).

Питома кількість вологого повітря знаходиться за формулою:

Масу вологого повітря М, кг у приміщенні лабораторії визначають за формулою:

де V- Об'єм приміщення, м3;

р- Тиск вологого повітря, Па.

Результати розрахунків та показання приладів занести до таблиці за наступною формою.

Протокол запису показань вимірювальних приладів

та результатів обчислень

	Найменування визначається величини	Позначення	Розмірність	Чисельна величина
	Тиск вологого повітря
	Температура сухого термометра
	Температура мокрого термометра	tм
	Відносна вологість повітря
	Тиск насиченої пари
	Парціальний тиск водяної пари
	Парціальний тиск сухого повітря
	Щільність вологого повітря
	Абсолютна вологість	rп
	Газова постійна вологого повітря
	Ентальпія вологого повітря
	Маса вологого повітря

Далі слід визначити основні параметри вологого повітря по виміряним tcі tмза допомогою I-d-діаграми. Точка перетину на I-d-діаграмі ізотерм, що відповідають температурам мокрого та сухого термометрів, характеризує стан вологого повітря.

Зіставити дані, отримані за I-d-діаграмою, з величинами, визначеними за допомогою математичних залежностей.

Максимальна можлива відносна похибка визначення парціального тиску водяної пари та сухого повітря визначається за формулами:

http://pandia.ru/text/78/602/images/image022_2.gif" width="137" height="51">; ,

де через D позначено межу абсолютної похибки виміру

Межа абсолютної похибки гігрометра у цій лабораторній роботі становить ±6%. Абсолютна допустима похибка термометрів психрометра становить ±0,2%. У роботі встановлено барометр із класом точності 1,0.

ЗВІТ ПРО РОБОТУ

Звіт про виконану лабораторну роботу повинен містити

наступне:

1) короткий описроботи;

2) протокол запису показань вимірювальних приладів та

результатів обчислень;

3) малюнок з I-d-діаграмою, де визначено стан вологого

повітря у цьому експерименті.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що називається вологим повітрям?

2. Що називається насиченим та ненасиченим вологим повітрям?

3. Закон Дальтона стосовно вологого повітря.

4. Що називається температурою точки роси?

5. Що називається абсолютною вологістю?

6. Що називається вмістом вологи вологого повітря?

7. У яких межах може змінюватися вміст вологи?

8. Що називається відносною вологістю повітря?

9. У I-d-діаграмі покажіть лінії j = const, I = const; d = const, tс = const, tм = const.

10. Чому дорівнює максимально можлива щільність пари за даної температури вологого повітря?

11. Чим визначається максимально можливий парціальний тиск водяної пари у вологому повітрі і чому вона дорівнює?

12. Від яких параметрів вологого повітря залежить температура мокрого термометра і як вона змінюється за її зміни?

13. Як можна визначити парціальний тиск водяної пари в суміші, якщо відома відносна вологість та температура суміші?

14. Написати рівняння Менделєєва-Клапейрона для сухого повітря, водяної пари, вологого повітря і пояснити всі величини, що входять до рівняння.

15. Як визначити густину сухого повітря?

16. Як визначити газову постійну та ентальпію вологого повітря?

ЛІТЕРАТУРА

1. Ляшков основи теплотехніки /. М: Вища школа, 20с.

2. Зубарєв з технічної термодинаміки / , . М: Енергія, 19с.

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи

з курсів «Теплотехніка», «Технічна термодинаміка та теплотехніка»

Склали: СЕДЕЛКІН Валентин Михайлович

КУЛЕШОВ Олег Юрійович

КАЗАНЦЕВА Ірина Леонідівна

Рецензент

Редактор

Ліцензія ВД № 000 від 14.11.01

Підписано до друку Формат 60x84 1/16

бум. тип. Ум.-печ. л. Уч.-вид. л.

Тираж екз. Замовлення Безкоштовно

Саратовський державний технічний університет

Копіпринтер СДТУ, 7

Основи термодинаміки вологого повітря.

Основні поняття. Параметри.

У холодильній техніці, кондиціонуванні повітря, процесах сушіння та інших доводиться мати справу з різними станами навколишнього повітря. Це повітря є сумішшю сухого повітря і водяної пари і називається вологим повітрям. Хоча сухе повітря, своєю чергою, є сумішшю газів, ми розглядатимемо його тут як єдине ціле, оскільки склад їх у аналізованих у цій главі процесах не змінюється.

Для практики цікавить повітря при атмосферному тиску в інтервалі температур від -50 до +100 °С. У цих умовах сухе повітря, або перший компонент вологого повітря, може перебувати у суміші тільки в газоподібному стані та підпорядковується законам ідеальних газів. Другий компонент може бути як в газоподібному, так і рідкому або твердому стані.

Як відомо, тиск насичення залежить від температури. Якщо тиск водяної пари, що знаходиться в повітрі ( р п), менше тиску насичення при даній температурі (pп″ ), то водяна пара є перегрітою. Вологе повітря, що містить перегріту пару, називається ненасиченим(р п< p п ″).

Якщо тиск водяної пари в повітрі дорівнює тиску насичення при даній температурі, то водяна пара знаходиться в повітрі в стані насичення. Вологе повітря, що містить суху насичену пару, називається насиченим(р п = p п ″ ).

При охолодженні повітря нижче температури насичення, що відповідає парціальному тиску водяної пари, що міститься в ньому, останній частково конденсується, переходячи в рідку (крапельки води) або тверду (кристаліки льоду) фазу. У цих випадках вологе повітря можна розглядати як суміш насиченого повітря та води (або льоду) або як суміш сухого повітря та вологої водяної пари. При подальшому викладі ми виходитимемо з першого уявлення і відноситимемо поняття "пар" до газоподібного стану водяної пари в повітрі, тобто до перегрітої і сухої насиченої пари.

Суміш насиченого повітряі крапельок води називається водяний туман,насиченого повітряі кристалів льоду (сніг) - крижаний туман.При температурі 0°С у повітрі можуть одночасно існувати і рідка та тверда фази (мокрий сніг) змішаний туман.

Кількість одного з компонентів суміші - сухого повітря в даних процесах залишається постійним, кількість інших - зазвичай змінюється. Тому зручно як одиниця, до якої відносяться всі інші величини, вибрати 1 кг маси сухого повітря.

Вологовміст .

Вологовмістом називається масова кількість вологи, що припадає на 1 кг сухого повітря.

Позначимо масу вологи, що знаходиться у вологому повітрі, М вл(кг), масу сухого повітря М в(кг), тоді вміст вологи (кг/кг або г/кг)

d= М вл / М в. (1)

У загальному випадку

М вл = М п + М ж + М л,(2)

де М п,М ж іМ л -маса водяної пари,води та льоду у вологому повітрі.

Для кількостей водяної париd n, води d жта льодуdл, що припадають на 1 кг сухого повітря, справедливі вирази:dп=М п /М;dж=М ж /М; dл=М л /М

Очевидно, що вміст вологиd = d n + dж + dл.

Якщо вологе повітря містить вологу лише у вигляді пари (М ж=0, М л=0, М вл = Мп ), то вологовміст є відношення мас водяної пари і сухого повітря, тобто.

d= dп=М п /М. (3)

Величину dпточніше було б називати паровмістом вологого повітря, проте в техніці її зазвичай теж називають вмістом вологи. Величиниdі dпможна також розглядати як кількості вологи та водяної пари, що припадають відповідно на (1+ d) і (1+ dд)кг вологого повітря.

Очевидно, що максимально можливий тиск водяної пари в повітрі відповідає тиску насичення при температурі повітря. Для зазначеного вище інтервалу температур цей тиск не перевищує атмосферного, а в процесах холодильної техніки та кондиціонування повітря воно менше 3,3 кПа (25 мм рт. ст.). Внаслідок цього властивості водяної пари у вологому повітрі близькі до властивостей ідеальних газів.

Навіть у граничному випадкуt =100 °С, коли р п ″ = 0,1013 МПа, υ п ″ = 1,675 м 3 /кг, відхилення коефіцієнта стисливості водяної париz = p п p p (R п T ) = 0,985 від z =1 (для ідеального газу) становить 1,5 %. За більш низьких температур воно буде ще менше.

Таким чином, ненасичене та насичене вологе повітря можна розглядати як суміш, що підкоряється законам ідеальних газів.

На підставі закону Дальтона тиск р(Па) вологого повітря дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря р в(Па) та водяної пари р п(Па):

Р = Р в + Р п(4)

Величина вмісту вологиdпзалежить від парціального тиску пари у повітрі. Для того щоб знайти цю залежність, напишемо рівняння стану для пари

Pп V = Mп Rп T (5)

та для сухого повітря

P B V = M B R B T, (6)

де V - Об'єм, займаний вологим повітрям;Rп і R B - газові постійні пари та сухого повітря, Дж/(кг К); Т- Температура повітря.

Поділивши рівняння (5) на (6) і виразивши газові постійніRпі R B через універсальну газову постійну μR, знайдемо співвідношення

М п /М = P п /P в ∙ R в /R п; R в / R п = 8314? ,

М п /М в = 0,622 P п / P в .

Враховуючи співвідношення (3) та (4), отримаємо

d п =0,622Pп/ Pп (7)

Для сухого повітря р п= 0 іdп= 0; для чистої пари р п = ріdп=∞.

Якщо парціальний тиск пари дорівнює тиску насичення при даній температурі, то відповідну кількість водяної пари в повітрі визначають як

d п = 0,622 P п / / (P - P п). (8)

Це максимальна кількість пари, яка може утримуватись у повітрі при даній температурі. У разі коли тиск пари в повітрі дорівнює p п ″, а вміст вологи - d п ″, кажуть, що повітря насичене водяною парою. Величини p п ″і d п ″ збільшуються із підвищенням температури повітря.

В атмосфері трапляються випадки, колиdп> d п ″, Це стан перенасиченого вологого повітря, що спостерігається зазвичай перед грозою.

Точка роси.

Якщо ненасичене вологе повітря, що характеризується вмістом вологиd nі парціальним тиском водяної пари р п, піддати охолодженню приd= const, то при певній температуріt p він стане насиченим. Подальше зниження температури призведе до конденсації водяної пари та її випадання з повітря у вигляді води або льоду.

Стан, при якому парціальний тиск пари, що міститься в повітрі, дорівнює тиску насичення, називається точкою роси, а відповідна температураt p - температурою точки роси. Очевидно, що в точці роси заданий вміст вологи вміст повітря відповідає вмісту вологи насиченого повітря.

При температурах вологого повітря нижчих, ніжt p, в ньому крім водяної пари можуть знаходитися крапельки води або кристалики льоду, або те й інше (приt= 0 ° С). У цьому випадку вміст вологи

d = dп″ + dж + dл.

Ступінь насичення.

Відношення вологовмісту повітря в даному стані до вологовмісту насиченого повітря при тій же температурі називається ступенем насичення. Ступінь насичення

Ψ=d п /d п ″=p п /p п ″∙(p-p п ″)/(p-p п) . (9)

Ступінь насичення змінюється в межах 0 ≤ Ψ ≤ 1. Приdп = 0 , р п = 0(сухе повітря) Ψ = 0 . Приdп= d п ″, р п = p п ″(Насичене повітря) - Ψ = 1.

Об'ємна(абсолютна) вологість .

Кількість водяної пари, що міститься в 1 м 3 вологого повітря, називається об'ємною або абсолютною вологістю. Вона позначається черезeта вимірюється в кг/м 3 або г/м 3 . Інакше, вона є щільністю водяної пари в повітрі (парціальну щільність водяної пари):

е=М п/V=ρ п. Очевидно, що еп =pп /( Rп T).

Часто під абсолютною вологістю розуміють величину парціального тиску водяної пари у повітрі.pпвисловлюючи останню в міліметрах ртутного стовпа. Чисельно р пу мм рт. ст. і ев г/м 3 приблизно однакові, а приt =16,5° З точно рівні.

Відносна вологість.

Відношення абсолютної вологості повітря в даному стані до абсолютної вологості насиченого повітря ( е") при тій же температурі називається відносною вологістю:

φ = e/e″ . (10)

Напишемо рівняння стану для 1 м 3 ненасиченого вологого повітря та вологого повітря у стані насичення:

Рп = еRп T; (11)

P п ″ =e" RпT (12)

Розділивши формулу (11) на співвідношення (12), отримаємо

e/e″= P п/ P п″або φ = P п / P п '. (13)

Для сухого повітря р п= 0 і, отже, φ = 0, для повітря, насиченого водяною парою,Pп = P п ″і φ = 1.

Таким чином, відносна вологість може змінюватися в межах 0< φ < 1.

Порівнявши вирази (9) та (13), отримаємо

Ψ = φ ( P- Pп″)/( P- Pп). (14)

Так як при низьких температурах ( t < 15°С) величины P пі P п″малі в порівнянні з рі, крім того, мало відрізняються між собою, то в цьому випадку Ψ ≈φ .

Питомий обсяг та густина вологого повітря.

Питомий об'єм вологого повітря

υ = V/M= V/(М +М п) , (15)

де М- Маса вологого повітря.

За законом Дальтона

V = V B + V п , (16)

де Vві Vп- парціальні обсяги сухого повітрята водяної пари відповідно. Визначивши їх значення за допомогою рівняння Клапейрона-МенделєєваV B= M B R B T/ p, Vп = Mп Rп T/ p і підставивши знайдені вирази рівняння (16), а останнє рівняння (15), отримаємо

υ =(М у R в T / P +М п R п T / P )/(М в +М п) .

Перетворюємо отримане співвідношення, виносячи в чисельнику R T/pза дужки і ділячи чисельник і знаменник на М в:

υ = (R T p)/(1+М п /М в).

Враховуючи що М п /М = d п і R п / R в = μ в / μ п = 1,61, отримуємо

υ= ( (R T/ p) (1+1,61d п))/( 1+d п) .

Щільність вологого повітря

ρ=1/υ=p/R T((1+d п)/(1+1,61d п)) .

Щільність сухого повітря

ρ в =p/(R у T) . (19)

Порівнюючи вирази (18) та (19), отримуємо

ρ = ρ в ∙( 1+ dп)/( 1+1 , 61 dп) . (20)

Таким чином, ρ< ρ в, т.е. влажный ненасыщенный и насыщенный воздух всегда легче сухого. Это объясняется меньшей плотностью водяного пара по сравнению с сухим воздухом при равной темпера­туре и обычных значениях парциальных давлений компонентов p п і p в.

Масова концентрація.

Склад вологого повітря також можна характеризувати масовими концентраціями (масовими частками) компонентів. Масова концентрація водяної пари в ненасиченому та насиченому вологому повітріgп є відношенням маси пари до маси вологого повітря

g п =М п /М=М п /(М +М п) .

Масова концентрація сухого повітря

g = М в /М = М / (М +М п), (22)

причому сума g п + gв = 1.

Знайдемо співвідношення між масовими концентраціями та вмістом вологи. Для цього розділимо чисельник і знаменник виразу (21) та (22) на М в

g п =М п /М в /(М в /М +М п /М в)=d п /(1+d п), (23)

g в =М в /М в /(М в /М +М п /М в)=1/(1+d п), (24)

Рівняння (23) і (24) дозволяють за заданим вмістом вологи обчислити масові концентрації водяної пари і сухого повітря у вологому.

Для визначення dп за заданими концентраціями розв'язуємо рівняння (23)та (24) щодо d n і отримуємо

dп= g п / (1-g п) = (1-g в) / g в. (25)

Інші параметри вологого повітря можна виразити через масові частки. Так, підставляючи в рівняння (20) замістьdп співвідношення (25), отримуємо

ρ =ρ ∙1/(1+0,61g п)=ρ ∙1/(1,61-0,61g в). (26)

Для характеристики складу вологого повітря можна використовувати і об'ємні концентрації (об'ємні частки)rв= Vв/V;r п =Vп/V.

Зрівняння стану вологого повітря.

Запишемо рівняння стану для 1 кг вологого повітряpυ= RTабо р/ρ= RT. Тут R - газова постійна вологого повітря, яка може бути знайдена через універсальну газову постійну і здається молекулярну масу суміші сухого повітря і пари:R = 8314μ ; μ = μ в rв+ μ пrп. Враховуючи, що об'ємні частки сухого повітря та водяної пари можуть бути виражені через відношення тисків, отримаємо

? р).

Газова постійна вологого повітря

R=8314/(28,96-10,94∙р п/р). (27)

Рівняння стану

pυ=8314∙ T/(28,96-10,94∙р п/р). (28)

Лабораторна робота №6

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ

Завдання

На прикладі суміші ідеальних газів з водяною парою за допомогою аналітичних виразів, практичних вимірювань та таблиць визначити параметри вологого повітря.

Прилади та приладдя :

психрометр, термометр, барометр, діаграма вологого повітря, таблиці термодинамічних властивостей води та водяної пари.

Короткі теоретичні відомості.

Знання властивостей вологого повітря має дуже велике значення при оцінці мікроклімату робочих приміщень, при розрахунку калориферів, кондиціонерів, сушильних установок та інших пристроїв, в яких відбуваються процеси випаровування води в повітрі. Атмосферне повітря практично ніколи не буває сухим. У ньому завжди є деяка кількість вологи, найчастіше у вигляді водяної пари. Така газоподібна суміш називається вологим повітрям .

Так як розрахунки, пов'язані з вологим повітрям, виконують, як правило, при тисках, близьких до атмосферного, і парціальний тиск пари в ньому мало, то без великої похибки можна застосовувати закономірності, отримані для ідеальних газів і суміші ідеальних газів, пов'язуючи параметри вологого повітря, тобто. можна використовувати рівняння стану

або ,(1)

і закон Дальтона

(2)

де Р - тиск вологого повітря; - парціальний тиск повітря; - парціальний тиск пари; - Питомий обсяг вологого повітря; - Щільність вологого повітря; - питома газова постійна вологого повітря; - Температура вологого повітря.

Абсолютною вологістю повітря називають відношення маси водяної пари, що міститься у вологому повітрі, до її об'єму:

(3)

де - Маса водяної пари;- Об'єм вологого повітря.

З формули (3) випливає, що абсолютна вологістьчисельно дорівнює щільності пари при її парціальному тиску і температурі повітря.

Відносною вологістю повітря називають відношення щільності пари при її парціальному тиску до щільності насиченої сухої пари при одній і тій же температурі, що відповідає відношенню абсолютної вологості до максимально можливої ​​абсолютної вологості при тій же температурі:

,(4)

де - відносна вологість; - абсолютна вологість; - Щільність сухої насиченої пари.

Якщо , то щільність пари досягає максимального значення , а відносна вологість = 100%.

З рівняння стану (1) абсолютна вологість

(5)

а максимально можлива абсолютна вологість повітря за тієї ж температури

(6)

де - питома газова постійна водяна пара; - дійсний парціальний тиск пари; - максимально можливий тиск (парціальний) за тієї ж температури.

Таким чином, відносну вологість повітря можна визначити як відношення дійсного парціального тиску пари до максимально можливого парціального тиску пари при тій же температурі:

(7)

Парціальний тиск пари в порівнянні з барометричним тиском повітря незначний, тому звичайний стан водяної пари в повітрі - перегріта пара.

Температурою точки роси t рназивається температура повітря, яка в ізобарному процесі охолодження дорівнює температурі насичення при даному парціальному тиску.

Паровим вмістом вологи називають відношення маси пари до маси сухого повітря , Що відповідає відношенню їх масових часток:

(8)

Масові частки і можна виразити через молярні часткиі :

де = 18,016 г/моль - молярна масапара; = 28,95 г/моль- молярна маса сухого повітря;- молярна маса вологого повітря.

Таким чином, враховуючи, що молярні частки дорівнюють об'ємним часткам

паровий вміст вологи

(9)

З виразу (9) випливає:

(10)

Ентальпія вологого повітря визначається як сума ентальпії сухого повітря

та водяної пари

Ентальпія 1 кг сухого повітря, виражена в , чисельно дорівнює його температурі t, оскільки теплоємність сухого повітря при постійному тиску дорівнює .Отже,

Ентальпія одного кілограма водяної пари визначається за формулою

Таким чином, ентальпія вологого повітря

,(11)

де проставляється в г/кг.

Якщо вологовміст повітря збільшується за рахунок випаровування води, такий процес називають адіабатним випаром води,оскільки теплота, необхідна випаровування, береться з навколишнього повітря. Температура повітря при цьому знижується, причому, якщо процес продовжується до повного насичення повітря, тoтемпература його знижується до так званої температури мокрого термометра – температури адіабатного насичення повітря.

На практиці для Визначення цієї температури користуються психрометром.

Психрометр - Прилад, що складається з двох термометрів. Кулька одного з них обернена вологою тканиною, внаслідок чого показання сухого та мокрого термометрів різні.Очевидно, чим менший ступінь насичення вологою атмосферного повітря, тим інтенсивніше процес випаровування з вологої тканини і, отже, більша різниця температур сухого та мокрого термометрів. Для теплообміну між мокрим термометром і довкіллямрівняння психрометра має вигляд:

(12)

де - тиск насичення за температури мокрого термометра (визначається за таблицями «Стан насичення за температурами»; - барометричний тиск; - психрометрична різниця (між показаннями сухого та мокрого термометрів); - парціальний тиск пари, - психрометрична постійна, яка залежить від конструктивних особливостей психрометра:

(13)

де - Швидкість руху повітря.

Знаючи психрометричну різницю, барометричний тиск та використовуючи таблиці водяної пари, можна аналітично розрахувати параметри вологого повітря. Графічно (експрес-метод), використовуючи - діаграму вологого повітря та показання психрометра можна визначити ті ж параметри вологого повітря.

Методика виконання роботи

Тканину мокрого термометра психрометра змочити за допомогою піпетки дистильованою водою. При змочуванні вода не повинна потрапляти на термометр і внутрішню поверхню його кожуха. Воду треба брати кімнатної температури. Включити вентилятор психрометра та слідкувати за показаннями термометра. Коли показання термометрів встановляться (через 4-5 хвилин), зробити з точністю до десятих частин градуса відлік температур сухого імокрого термометрів з огляду на їх табличні поправки. За результатами вимірів провести визначення параметрів вологого повітря двома способами.

Аналітичний розрахунок

1. Обчислити постійну психрометруп про формулу (13) для швидкості повітря, що створюється вентилятором психрометра .

2. Визначити парціальний тиск пари (12).

4. Ентальпію вологого повітря визначити за формулою (11).

5. Для визначення відносної вологості повітря за формулою (7) значеннявизначити з таблиці "Стан насичення температурами" за температурою сухого термометра.

6. Температуру точки росиt рвзяти як температуру насичення з таблиць "Стан насичення тиском" по парціальному тиску пари.

7. Результати вимірювань та обчислень навести у звіті та занести до таблиці 1.

Графічний експрес-метод

1. Вивчити стандартну -діаграму вологого повітря та підготувати її копію для виконання роботи.

2. На лінії перетину ізотерм сухого та мокрого термометрів визначити на - діаграмі точку, що відповідає стану вологого повітря.

3. Опустити перпендикуляр з отриманої точки на вісь вмісту вологи і зробити відлік вмісту вологи .

4. Точка перетину перпендикуляра c лінією 100% - ної відносної вологості дастьвідлік на ізотермі сухого термометра точки роси.

5. На перетині вказаного перпендикуляра з лініями парціального тиску (підвал - діаграми) зробити відлік парціального тиску .

6. По ізолінії ентальпії, що проходить через точку, що відповідає стану вологого повітря, визначити значення ентальпії.

7. Результати занести до таблиці 1.

Таблиця 1

	Па	d, г/кг	I, кДж/кг	, %	tр, про З
Аналітичний розрахунок
Експрес-метод

Зіставити отримані двома методами результати і зробити висновки.

Контрольні питання

1. Вологе повітря.

2. Поняття абсолютної та відносної вологості.

3. Вологовміст.

4. Температура точки роси.

5. Ентальпія вологого повітря.

6. Принцип роботи психрометра.

7. -діаграма вологого повітря.

8. Випаровування води в адіабатних умовах відбувається у вологе повітря з параметрами t=70 про С, φ=10 % та тиском, близьким до атмосферного . Визначити вміст вологи в кінці процесу випаровування, якщо його температура знизилася до 40 про С.

9. Вологе повітря з параметрами t= 20 о С, φ = 60 % та тиском, близьким до атмосферного , нагрівається до 60 о С. Визначити кількість тепла, витраченого на нагрівання 1 кг повітря.

10. У сушильну камеру надходить повітря, яке спочатку підігрівають від 10 до 80 про З при d= 6 г/кг. У сушильній камері остаточна вологість повітря 100%. Скільки вологи прийме кожен кілограм повітря у процесі сушіння?

ВОЛОЖНЕ ПОВІТРЯ І ЙОГО ПАРАМЕТРИ

Основні параметри вологого повітря

Як відомо, сухе повітря(СВ) складається на 78% з азоту, на 21% з кисню та близько 1% складають діоксид вуглецю, інертні та інші гази. Якщо в повітрі є водяні пари, то таке повітря називається вологим повітрям(ВВ). Враховуючи, що при вентиляції приміщень склад сухої частини повітря практично не змінюється, а може змінюватися лише кількість вологи, у вентиляції прийнято розглядати ВР як бінарну суміш, що складається лише з двох компонентів: СВ та водяні пари (ВП). Хоча до цієї суміші застосовні всі газові закони, проте при вентиляції з достатньою точністю можна вважати, що повітря практично весь час знаходиться під атмосферним тиском, так як тиск вентиляторів досить малі в порівнянні з барометричним тиском. Нормальний атмосферний тиск становить 101,3 кПа, а тиск, що розвиваються вентиляторами, становлять зазвичай не більше 2 кПа. Тому нагрівання та охолодження повітря у вентиляції відбуваються при постійному тиску.

З термодинамічних параметрів ВР, якими оперують у курсі вентиляції, можна виділити такі:

Густина;

Теплоємність;

Температура;

Парціальний тиск водяної пари;

Відносна вологість;

Температура точки роси;

Ентальпія (тепловміст);

9) температура по мокрому термометру.

Термодинамічні параметри визначають стан ВР і певним чином пов'язані один з одним. Особливими, не термодинамічний параметр, є рухливість, тобто швидкістьповітря, та концентрація речовини(крім вологи). Вони ніяк не пов'язані з рештою термодинамічних параметрів і можуть бути будь-якими незалежно від них.

Під впливом різних факторів вологе повітря може змінювати параметри. Якщо повітря, укладене в певному обсязі (наприклад, приміщенні), знаходиться в контакті з гарячими поверхнями, воно нагрівається, тобто підвищується температура. При цьому нагріваються безпосередньо ті шари, які межують з гарячими поверхнями. Через нагрівання змінюється щільність повітря, і це призводить до виникнення конвективних течій: відбувається процес турбулентного обміну. За рахунок наявності турбулентного перемішування повітря в процесі виховання сприйнята прикордонними шарами теплота поступово передається більш віддаленим шарам, в результаті чого весь об'єм повітря якось підвищує свою температуру.

З розглянутого прикладу ясно, що шари близькі до гарячих поверхонь, матимуть температуру вищу віддалені. Інакше висловлюючись, температура за обсягом однакова (і іноді відрізняється дуже значно). Тому температура, як параметр повітря, у кожній точці матиме своє індивідуальне, локальне значення. Однак характер розподілу локальних температур за обсягом приміщення передбачити вкрай важко, тому в більшості ситуацій доводиться говорити про когось середньому значеннітого чи іншого параметра повітря. Середнє значення температури виводиться з припущення, що сприйняте тепло виявиться рівномірно розподілено за обсягом повітря, і температура повітря у кожній точці простору буде однакова.

Більш-менш вивчено питання про розподіл температури по висоті приміщення, проте навіть у цьому питанні картина розподілу може сильно змінюватися під дією окремих факторів: струменевих течій у приміщенні, наявності поверхонь, що екранують. будівельних конструкційта обладнання, температури та розмірів теплових джерел.

Розглянемо термодинамічні параметри ВР.

густина

Щільністю називається маса речовини в одиниці об'єму. Одиниця виміру щільності кг/м 3. Щільність газів залежить від молекулярної маси, тиску та температури. Середня молекулярна маса сухого повітря дорівнює 29, а молекулярна маса ВП – 18. Щільність усіх газів зменшується з підвищенням температури, оскільки при нагріванні при постійному тиску вони розширюються. Для сухого повітря за 20 °С щільність дорівнює 1,2 кг/м 3 . За інших значення температури її можна обчислити за формулою

ρ t = 353/(273 + t)

Щільність ВП може бути визначена за формулою

ρ t = 219/(273 + t)

Щільність ВР менша за щільність СВ, оскільки ВП має меншу молекулярну масу, ніж СВ. Однак враховуючи, що кількість водяної пари в повітрі відносно невелика, зменшенням щільності в практичних розрахунках можна сміливо знехтувати. Так, при температурі повітря 20 ° С у повітрі може бути близько 14 г вологи на 1 кг сухого повітря, що дасть при обчисленні щільності похибку не більше 0,7%.

Теплоємність

Теплоємністю називається кількість теплоти, необхідне нагрівання 1 кг речовини на 1 °З. Теплоємність сухого повітря при постійному тиску дорівнює 1005 кДж/(кг °С). Теплоємність водяної пари дорівнює 1,8 кДж/(кг °С). Так само, як і з щільністю, у практичних розрахунках нехтують зміною теплоємності ВР, пов'язаною з наявністю в повітрі водяної пари, і вважають теплоємність ВР рівної теплоємності СВ, тобто 1,005. більше, у прикидочных розрахунках можна приймати з = 1, що помилку 0,5% убік зменшення результату обчислень. Враховуючи значно нижчу точність розрахунків у вентиляції, пов'язану з невизначеністю багатьох вихідних даних, а також той факт, що будь-яке обладнання підбирається із запасом, похибка самих обчислень 0,5% цілком допустима.

Температура

Температура є мірою нагрітості тіла. У вентиляції темепературу повітря зазвичай вказують за стоградусною шкалою, яка називається в розмовній мові шкалою Цельсія. Абсолютні температуриза шкалою Кельвіна не знайшли застосування у вентиляції. У стоградусній шкалі за 0 прийнята температура танення льоду. Температура кипіння чистої води за нормального атмосферного тиску відповідає 100 °С. У вентиляційній практиці доводиться мати справу як з позитивними, і негативними значеннями температур.

Кількість вологи, яка може максимально утримуватися у повітрі при атмосферному тиску, сильно залежить від його температури, значно зростаючи при її підвищенні, як показано нижче в таблиці.

Парціальний тиск водяної пари

Кількість водяної пари, що знаходиться в повітрі, однозначно визначає парціальний тиск водяної пари р вп у вологому повітрі. Чим більше вологи, тим більше р вп . Зв'язок між кількістю вологи та парціальним тиском водяної пари виражається наступними залежностями

d = 623 / (Р б - р вп),

р вп = Р б / (623 + d),

де Р б -барометричний (атмосферний) тиск, Па.

Таким чином, при збільшенні кількості водяної пари в повітрі, що знаходиться при певній температурі t, відбувається зростання парціального тиску водяної пари. При деякому граничному вологовмісті парціальний тиск досягне значення тиску водяної пари, що насичує. р нптобто тиску над вільною поверхнею рідини, що знаходиться при тій же температурі t. Такий стан ВР є граничним і називається насиченим вологим повітрям. Збільшити вміст вологи вище граничного неможливо, оскільки відбуватиметься конденсація вологи на центрах активації, і в повітрі з'явиться туман. Стан туману - це стан надмірної вологи в повітрі, коли вся вона не може перебувати в пароподібному стані, і частина її знаходиться в дрібнокрапельному стані. Іншими словами, туман – це двофазне середовище, на відміну від ВР, яке є однофазним середовищем.

Відносна вологість

Відносною вологістю ВР називається відношення парціального тиску парів у повітрі до тиску водяної пари, що насичує. Зазвичай відносну вологість виражають у відсотках. Тоді формула для розрахунку відносної вологості буде

φ = 100 ´ р вп/р нп,

Для абсолютно сухого повітря р вп = р нп, і φ = 100%.При повному насиченні повітря водяною парою р вп = р нп, і φ = 100%.Відносною вологістю, таким чином, є мірою ступеня насичення повітря водяними парами

Температура точки роси

Якщо ВР має відносну вологість 0< φ < 100 %, охолоджувати, то при зниженні температури буде зменшуватися тиск насиченої водяної пари, який залежить тільки від температури. При цьому вологовміст повітря залишатиметься незмінним, а відносна вологість збільшуватиметься. У певний момент за певної температури значення р нпдосягне значення р вп. У цей момент відносна вологість досягне значення 100% - ВР набуде стану повного насичення. При подальшому охолодженні р нпстане менше р впі частина вологи почне конденсуватися на холодних поверхнях, що контактують з повітрям, або утворюється туман. Таким чином, подальше охолодження повітря призводить до перенасичення вологою, що веде до випадання конденсату - роси. Тому та гранична температура, до якої можна охолоджувати повітря без випадання конденсату, і починаючи з якої процес подальшого охолодження супроводжується випаданням конденсату, називається температурою точки роси. Температура точки роси при постійному атмосферному тиску залежить тільки від початкового вмісту вологи повітря.

Ентальпія (тепловміст)

Ентальпією ВР називається кількість теплоти, яке потрібно на те, щоб перевести 1 кг абсолютно сухе повітря (d = 0), що знаходиться при 0 ° С, в якийсь інший стан з температурою t і вмістом вологи d.

З даного визначенняслід, що з t = 0 і d = 0 ентальпія повітря також дорівнює 0.

Ентальпія повітря вимірюється в кДж/кг.с.в (кілоджоулі на кілограм сухого повітря) і складається з трьох доданків, що відображають витрати теплоти на цілі.