Материал: Термодинамика. Методичка

Vсм – объем влажного воздуха, м3.

Относительной влажностью воздуха φ называется отношение абсолютной влажности п к максимально возможной

абсолютной влажности нас при рп = рнас:

(4)

n 100, %.

нас

Поскольку для идеальных газов плотности компонентов смеси пропорциональны своим парциальным давлениям, то

(5)

pn 100, %.

pнас

Таким образом, для ненасыщенного (рп < рнас) влажного воздуха 100%, для насыщенного (рп = рнас) относительная влажность становится максимальной, 100%.

Влагосодержанием воздуха называется отношение массы водяного пара mп во влажном воздухе к массе сухого воздуха mв:

mв ,

Величину влагосодержания можно выразить через парциальные давления водяного пара и сухого воздуха (В рп):

Плотность влажного воздуха можно определить так же, как и плотность смеси газов из уравнения КлапейронаМенделеева:

где vсм – удельный объем влажного воздуха;

см – молекулярная масса влажного воздуха, кг/кмоль;

18

R – универсальная газовая постоянная,

R = 8314 Дж/(кмоль К).

Энтальпия влажного воздуха Н определяется как сумма энтальпий 1 кг сухого воздуха hсв и d кг водяного пара hn. Для

Определение относительной влажности по психрометру

Относительная влажность наиболее точно определяется с помощью психрометра, состоящего из двух термометров, чувствительный элемент одного из которых обернут тканью, постоянно смачиваемой водой. Испарение воды с поверхности ткани происходит за счет внутренней энергии воды и чувствительного элемента «мокрого» термометра (ртутного шарика), температура которого поэтому понижается. В результате тепло- и массообмена окружающего воздуха с влажной тканью устанавливается тепловое равновесие, которому соответствует температура, показываемая «мокрым» термометром tм. Она будет меньше или равна температуре «сухого» термометра t, показывающего действительную температуру влажного воздуха. Температуры t и tм могут оказаться равными для насыщенного влажного воздуха.

Интенсивность испарения, а следовательно, и снижение температуры «мокрого» термометра tм по сравнению с температурой воздуха, показываемой «сухим» термометром, т.е. t tм, тем больше, чем дальше состояние водяных паров во влажном воздухе от состояния насыщения, то есть чем больше разница

рнас.- рп .

По психрометрической таблице (Приложение), зная tм и психрометрическую разность температур t tм, на пересечении строки tм и столбца t tм можно определить относительную влажность воздуха .

19

Hd-диаграмма влажного воздуха

Параметры влажного воздуха обычно определяют графическим путем с помощью Hd-диаграммы (рис. 2). Особенностью этой диаграммы является расположение линии H=const под углом 135 к оси абсцисс.

Кривая 100% является пограничной, соответствующей состояниям насыщенного влажного воздуха. Область над этой кривой соответствует состояниям ненасыщенного влажного воздуха, область под кривой является областью «перенасыщения» влажного воздуха. Здесь избыточная влага находится в капельном состоянии, образуя «туман», который впоследствии может оседать на твердых телах в виде росы.

По Hd-диаграмме можно определить температуру точки росы, если т. 1 вертикально (охлаждение) спроецировать на кривую 100%. Изотерма, которая пройдет через эту точку, соответствует температуре tросы.

Для определения парциального давления водяного пара рп по заданному влагосодержанию под кривой 100% построе-

на линия pn f d . Значения рп указаны на правой ординате диаграммы в мм рт.ст.

Процесс нагревания влажного воздуха. Пусть влажный воз-

дух в состоянии т. 1 с начальной температурой t1 и относительной влажностью 1 нагревается в нагревательной камере 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 воздуха осуществляется при d const , т.к. в процессе нагревания содержание влаги во воздухе не меняется.

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

20

Процесс сушки. Если пренебречь тепловыми потерями, то можно считать, что процесс сушки материалов нагретым воздухом в сушильной камер происходит при H const. 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 линии 2-3΄ (при H const), а по линии 2-3. Положение точки 3 определяется по измеренным в опыте t3 и 3 . По изменению влагосодержания

воздуха до и после сушильной камеры d1 и d3 можно рассчитать массу влаги, отведенной от высушиваемого материала нагретым воздухом:

этому для испарения 1 кг влаги, в условиях опыта, нужно затратить количестве теплоты

Проведение опытов

1.Включить установку (рис. 3).

В учебной лабораторной установке роль высушиваемого материала играют фарфоровые бусинки и мокрые стенки сушильной камеры. Для повышения интенсивности сушки воздух, подаваемый в сушильную камеру, предварительно нагревается.

22