Дослідження властивостей вологого повітря

ТЕХНОЛОГІЯ ВИКОРИСТАННЯ СТИСНУТИХ ГАЗІВ

Методичний посібник для виконання лабораторних робіт

Одеса 2013

Методичний посібник для практичних занять навчальної дисципліни «Технологія використання стиснутих газів». Напрям підготовки бакалавр 6.050604 «Енергомашинобудування».

Розробив - доцент, к.т.н. Ярошенко В.М.

Приводяться методичні вказівки до лабораторних робіт з технології використання стиснутих газів та короткі теоретичні засади по відповідним розділам. Експериментально досліджуються деякі процеси, які відбуваються із стиснутими газами та установки для стиснення в сучасних технологічних процесах просилових підприємств. Рекомендується для бакалаврів спеціальностей «Холодильні машини і установки», «Кріогенна техніка», «Компресори, пневмоагрегати і вакуумна техніка»,«Газотурбінні установки і компресорні станції».

Розглянуто та затверджено на засіданні кафедри компресорів і пневмоагрегатів

факультету низькотемпературної техніки і технології.

Протокол № 2 від 30 вересня 2013 р.

Зав. кафедри компресорів і пневмоагрегатів

проф. Мілованов В.І.

Лабораторне заняття – форма навчання , під час якого студенти під керівництвом викладача особисто виконують досліди та імітаційні практичні роботи та експерименти на спеціальному технічному обладнанні та лабораторних експериментальних стендах. Основна мета це експериментальне ( практичне) підтвердження теоретичних положень та засад. При цьому студенти набувають практичних навиків роботи з технічним обладнанням та лабораторним устаткуванням, контрольно – вимірною технікою, обчислювальною технікою, методологією проведення експериментальних досліджень .

Лабораторні заняття проводяться у спеціально обладнаних навчальних лабораторіях та залах із спеціальним обладнанням при використанні устаткування, яке пристосоване та відповідає умовам навчального процесу (лабораторні стенди, установки, макети, схеми і т.д. В окремих випадках лабораторні роботи можуть проводитись в умовах реального професійного середовища ( на виробництві , науково – дослідній лабораторії і т.д.). Лабораторні заняття проводяться зі студентами, кількість яких не перевищує академічної групи при їх умовному розподілу на декілька підгруп з тим , щоб кожний студент мав можливість індивідуально активно приймати участь у проведенні лабораторної роботи та обчислюванні її результатів на основі вимірів відповідних фізичних величин.

№	Назва теми	годин
1.	Вступний інструктаж. Правила безпеки при виконанні лабораторних робіт. Технічні засоби вимірювання фізичних величин
2.	Дослідження властивостей вологого повітря.
3.	Вивчення конструктивних особливостей компресорів обємного та динамічного стиснення.
	Дослідження процесу стиснення повітря у поршневому компресорі
	Дослідження процесу витікання повітря через сопло
6.	Дослідження процесу адіабатного стиснення у холодильному компресорі
7.	Дослідження роботи вентиляторів при їх послідовному підключенні
8.	Вивчення конструктивних особливостей складових елементів газотурбінної установки
9.	Дослідження роботи вентиляторів при їх паралельній роботі

Лабораторна робота №1

Дослідження властивостей вологого повітря

Мета роботи: Вивчити основні властивості вологого повітря та прилади ,за допомогою яких вони вимірюються. Термодинамічні властивості вологого повітря

Людина у стані спокою протягом години вдихає та видихає в середньому до 500 літрів повітря. При цьому організмом людини поглинається за годину біля 19 літрів кисню і виділяється біля 16 літрів вуглекислого газу.

Головною складовою повітря є кисень. Постійний його вміст в атмосферному повітрі підтримується завдяки процесам фотосинтезу, коли зелені насадження поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень.

Крім цього, важливу роль для життєдіяльності людини відіграє наявність у повітрі вуглекислого газу, який бере участь у регулюванні дихання, кровообігу, газообміну тощо. Як надлишок, так і недостача вуглекислого газу в повітрі, яке вдихає людина, негативно в однаковій мірі відображається на стані здоров’я. Санітарними нормами встановлені допустимі межі концентрації вуглекислого газу в повітрі, яке вдихається людиною, в межах 0,5…1,5\% , що не впливає на зміну фізіологічних функцій організму та працездатності.

Властивості повітря визначаються його тепловологісним станом, газовим складом та вмістом шкідливих газів, пари і пилу.

Відповідно до закону Дальтона кожний газ у суміші займає весь об’єм і має свій парціальний тиск p_і, а сума цих тисків дорівнює повному барометричному тиску В суміші, тобто

При практичних розрахунках технічних систем з використанням повітря воно називається вологим і розглядається як суміш двох складових: водяної пари та сухого повітря.

Із закону Дальтона абсолютний тиск вологого повітря Р виражається залежністю:

Р = Рп + Рс.п,

де Рп та Рс.п – парціальні тиски, відповідно, водяної пари і сухого повітря, Па.

Якщо гази можуть змішуватися в будь-яких пропорціях і кількостях, то повітря може вмістити лише певну кількість водяної пари, тому що парціальний тиск парів води в суміші не може бути вище парціального тиску нacичення цієї пари при даній температурі. Існування граничного парціального тиску нacичення виявляється в тому, що уся надлишкова водяна пара буде конденсуватися. Таке повітря називається насиченим. При цьому волога у залежності від температурних умов може випадати у вигляді крапель води, туману, кристалів льоду або інею .

Температура при якій водяна пара стає насиченою ( конденсується ) називається температурою точки роси.

Для характеристики рівня вологості повітря використовуються поняття абсолютної (d) і відносної ( φ) вологості повітря.

Абсолютна вологість - кількість пари (кг), що міститься в одному кубічному метрі вологого повітря. Абсолютна вологість відповідає густині вологого повітря.

Для практичних розрахунків за одиницю виміру, що характеризує вміст пари у вологому повітрі, приймають вологовміст.

Вологовміст вологого повітря (d) – кількість водяної пари, що міститься в об'ємі вологого повітря, що складається з 1 кг сухого повітря і водяної пари:

Відносною вологістю (φ), або рівнем вологості( гігрометричним показником), називають відношення парціального тиску парів води до парціальному тиску нacичених парів, виражене у відсотках:

Для практичних розрахунків використовують співвідношення

Відносну вологість можна визначити при вимірюваннях інтенсивності випаровування води. Природно, чим нижче вологість, тим активніше буде йти випаровування вологи. Якщо термометр обмотати вологою тканиною, то покази його будуть зменшуватися щодо сухого термометра.

Величину t_м визначають за допомогою термометра, у якого ємність із ртуттю загорнута вологою тканиною (“мокрий” термометр). Якщо відносна вологість менша 100 %, то водяна пара починає випаровуватись, так як її парційний тиск у вологому повітрі менший від тиску насичення .Процес випаровування води з поверхні зволоженого (мокрого) термометра супроводжується відводом теплоти , яка називається прихованою ( теплотою фазового переходу), що обумовлює зниження температури поверхні, яка регіструється термометром. Такий процес називається процесом адіабатного випаровування і графічно відображається у діаграмі лінією h =соnst Зниження температури зволоженного термометру припиняється коли встановлюється рівновага між мокрим тепловим потоком ( обумовленним випаровуванням води ) та сухим тепловим потоком від повітря до зволоженного термометру.

За різницею показів звичайного (“сухого”) термометра (температура якого рівна температурі повітря п t ) і мокрого термометра, користуючись таблицями або номограмами, знаходять відносну вологість повітря

Густина ρ_с.п сухого повітря, визначається за формулою

,

Густина (об'ємна вага) вологого повітря - маса 1 м³ вологого повітря.

Так як густина вологого повітря суттєво не відрізняється від сухого, при практичних розрахунках може бути визначена за формулою:

Питома теплоємність повітря (с) - це кількість тепла, яку необхідно підвести до 1 кг вологого повітря для того, щоб змінити температуру на один градус(1⁰С=1К). Питома теплоємність повітря при постійному тиску залежить від температури, проте для практичних розрахунків, з достатньою для інженерних розрахунків похибкою, питому теплоємність як сухого, так і вологого повітря вважають незмінними:

Питома теплоємність сухого повітря С_р = 1,005 кДж/(кг К) = 0,24 ккал/(кг К) .

Питома теплоємність водяної пари С_рп = 1,8 кДж /кг К =0,44 ккал / (кг К).

Ентальпія вологого повітря розраховується як сума сухої частини

h = h_с.п. + h_п та водяної пари h_п=2500+1,8t d.