Hd-диаграмма влажного воздуха

Параметры влажного воздуха обычно определяют графическим путем с помощью Hd-диаграммы (рис. 2). Особенностью этой диаграммы является расположение оси абсцисс под углом 135° к оси ординат. Точки с оси абсцисс спроецированы на горизонтальную (условную) ось.

Кривая является пограничной, соответствующей состояниям насыщенного влажного воздуха. Область над этой кривой соответствует состояниям ненасыщенного влажного воз-

духа, область под кривой является областью насыщенного влажного воздуха, появления росы, «тумана».

По Hd-диаграмме можно определить температуру точки росы, если т. 1 вертикально (охлаждение) спроецировать на кривую . Изотерма, которая пройдет через эту точку пересечения, соответствует температуре t_росы.

Для определения парциального давления водяного пара р_п по заданному влагосодержанию под кривой построена линия . Значения р_п указаны на правой ординате диаграммы в мм рт.ст.

Процесс нагревания влажного воздуха. Пусть влажный воздух в состоянии т. 1 с начальной температурой t₁ и относительной влажностью нагревается в калорифере (электронагревателе) до t₂. На Hd-диаграмме этот процесс изображается прямой 1-2 (см. рис. 2), через точки 1 и 2 которой проходят изотермы соответственно t₁ и t₂. Процесс нагревания влажного воздуха осуществляется при , т.к. в процессе нагревания содержание влаги во влажном воздухе не меняется.

По изменению энтальпии нагреваемого воздуха Н₂ - Н₁ можно по уравнению Первого закона термодинамики определить количество подведенной теплоты (при ):

, кДж/час. (10)

Процесс сушки.Если пренебречь тепловыми потерями, то можно считать, что процесс сушки материалов нагретым воздухом в сушильной камер происходит при . На Hd-диаграмме такой процесс изображается прямой 2-3΄ (см. рис. 2). Постоянство энтальпии влажного воздуха объясняется тем, что тепло, необходимое для испарения влаги, берется из потока воздуха и возвращается в него вместе с испарившейся влагой.

В сушилке, работающей с потерями тепла в окружающую среду, процесс сушки будет происходить не по кривой 2-3΄ (при ), а по кривой 2-3. Положение точки 3 определяется по измеренным в опыте t₃ и . По изменению влагосодержания воздуха до и после сушильной камеры d₁ и d₃ можно рассчитать массу влаги, отведенной от высушиваемого материала нагретым воздухом:

, г влаги/час. (11)

Проведение опытов

1. Включить установку (рис. 3).

Рис. 3. Схема экспериментальной установки

1 – вентилятор, 2 – ротаметр, 3 - электронагреватель, 4 – сушильная камера, 5, 6 –психрометры.

В учебной лабораторной установке роль высушиваемого материала играют фарфоровые бусинки и смоченные стенки сушильной камеры. Для повышения интенсивности сушки воздух, подаваемый в сушильную камеру, предварительно нагревается. Испарение влаги в сушильной камере осуществляется за счет теплоты, отдаваемой нагретым воздухом.

2. Замерить и занести в таблицу 1 показания психрометра 5, установленного на входе в установку.

3. По показаниям ротаметра 2 с помощью градуировочного графика по значению П определить расход воздуха , м³/ч.

4. По достижении температуры воздуха t₂» 40-50°С на выходе из электронагревателя 3 записать показания психрометра 6, установленного на выходе воздуха из сушильной камеры 4.

Таблица 1

П	, м3/ч	t1, °C	t1м, °С	t2, °С	t3, °С	t3м, °С	В, мм рт.ст.

Обработка опытных данных

1. На основе показаний психрометров 5 и 6 по психрометрической таблице (Приложение) определить относительную влажность входящего и выходящего из установки влажного воздуха .

2. По Hd-диаграмме для точек 1, 2, 3 определить энтальпию Н₁ и влагосодержание d₁ входящего воздуха, парциальное давление водяного пара р_1п в этом воздухе (на основе t₁ и ); энтальпию Н₂ воздуха после нагревания (на основе d₂ = d₁ и t₂); влагосодержание d₃ воздуха, уходящего из установки (на основе t₃ и ).

3. По уравнению (2) рассчитать парциальное давление р_1в. Полученное значение перевести в Па (750 мм рт.ст. = 10⁵ Па). Заполнить таблицу 2.

Таблица 2

, %	Н1, кДж кг сух. возд.	d1, г влаги кг сух. возд.	р1п, мм рт.ст.	р1в, Па	Н2, кДж кг сух. возд.	, %	d3, г влаги кг сух. возд.

4. Рассчитать массовый расход сухого воздуха по уравнению Клапейрона-Менделеева:

, кг/ч,

где R_в = 287 Дж/(кг×К) – газовая постоянная сухого воздуха; – объемный расход воздуха, определяемый по градуировочному графику, м³/ч.

5. Рассчитать количество теплоты, полученного нагретым воздухом в электронагревателе, по уравнению (10).

6. Определить массу влаги М_п, полученную нагретым воздухом от высушивания материала, по уравнению (11).

7. Построить кривые процессов нагревания воздуха (1-2) и сушки нагретым воздухом (2-3) на Hd-диаграмме (без соблюдения масштаба).

8. Определить температуру точки росы t_росы при охлаждении (d=const) из состояний т.т.1 и 3.

9. Определить систематическую погрешность измерения температуры воздуха t₁ на входе в установку и t₃ на выходе из неё:

,

где - абсолютная погрешность измерения температуры, принимаемая равной половине цены деления шкалы прибора.

Подробно материал к этому пункту изложен в разделе «Оценка погрешности эксперимента».

Контрольные вопросы

1. Понятие «влажный воздух». Особенности изменения состояния влажного воздуха в отличие от идеальной газовой смеси.

2. Состояние водяных паров во влажном воздухе.

3. Понятие о температуре точки росы. Методика определения t_росы по Hd-диаграмме.

4. Основные характеристики влажного воздуха. Определение d, , H, p_n и p_в.

5. Устройство, принцип действия и назначение психрометра.

6. Hd-диаграмма влажного воздуха. Графическое представление процессов нагревания и сушки влажным воздухом.

7. Методика расчета количества теплоты, затраченной на нагревание воздуха. Цель нагревания.

8. Методика расчета массы вещества, отводимой от высушиваемого материала в процессе сушки.

9. Понятие о погрешностях измерения, источники погрешностей. Методика расчета систематических погрешностей измерения температур воздуха на входе в установку и на входе из неё.

	Приложение
Психрометрическая таблица влажного воздуха

Лабораторная работа № 22