Реферати українською » Промышленность, производство » Теоретичні основи теплотехнікі


Реферат Теоретичні основи теплотехнікі

=1,006 кДж/(кг·К), Ср.п. =1,92 кДж/(кг·К); r0 =2500 кДж/кг – питома теплота пароутворення води при температурі 0 ºС;

Ентальпія вологого повітря розраховується на 1 кг сухого повітря , тобто на /1+d/ кг вологого повітря. Тому її позначають не малою, а великою літерою H.

На практиці відносна вологість повітря визначається за допомогою психрометра, який включає два термометри. Кулька одного з них обмотана тканиною, змоченою водою. Перший термометр називається сухим і показує температуру вологого повітря t , другий – мокрим, а температура, яку він показує, називається температурою мокрого термометра tм . Це температура води, яка випаровується з вільної поверхні тканини після досягнення теплової рівноваги між нею і вологим повітрям, тобто коли кількість теплоти, яку одержує вода від повітря, дорівнює кількості теплоти, що йде на випаровування.

У ненасиченому повітрі tм < t , у насиченому, де є рівновага між випаровуванням і конденсацією, tм = t .

Зі зниженням t ( Pп = const) через деякий момент часу ненасичене вологе повітря перетворюється в насичене / Рп = Рн /. Температура , при якій проходить це перетворення, називається температурою точки роси tр. При подальшому охолоджені з вологою повітря почне конденсуватися вода.

Нd- діаграма вологого повітря

Ця діаграма була запропонована проф. Л. К. Рамзіним у 1918 р. Аналогічна діаграма побудована Р. Мольє у 1923 р., в ній замість d використано x = 0,001 d , кг/кг /рис.2.1/. Діаграма побудована для Pп=745 мм рт.ст., але при розрахунках процесу сушіння коливанням барометричного тиску з достатньою в техніці точністю можна знехтувати.

З метою збільшення корисного поля діаграми кут між осями ентальпій і вологовмісту дорівнює 135º. Для компактності нижня частина діаграми відрізана і значення d відкладені на горизонталі /рис.2.1/.

З лівого нижнього кута вгору і вправо йде жмуток кривих φ = const. Нижня крива відповідає насиченому повітрю φ = 100%, верхня φ = 5%. При t >99,45 ºС φ =f(d) і лінії φ = const направлені вертикально вгору, тому що у формулі dн = 622 Рн /(Рб – Рн) знаменник перетворюється на нуль. Для сухого повітря d = 0, для водяної пари d = ∞.

Нижня частина діаграми використовується для визначення парціального тиску пари в повітрі. Значення Рп = f(d), кПа, відкладені внизу на правій ординаті .

Ізотерми вологого повітря /показники сухого термометра/ - суцільні прямі, направлені зліва направо, злегка піднімаючись угору. Ізотерми мокрого термометра починаються на кривій насичення /при φ = 100% tм = t / і у вигляді штрихових прямих направлені справа наліво дещо пологіше, ніж прямі Н = const.

Початковий стан повітря /точка 0 на рис.2.1/ наносять на Нd – діаграму за показами психрометра. За допомогою діаграми / для відомого положення точки / можна знайти значення ще п’яти параметрів вологого повітря. Наприклад, при t =20 ºС і tм = 15 ºС Н = 43 кДж/кг, φ = 60%, tр = 12 ºС , d = 8,5 г/кг, Рп =1,4 кПа.

Вологе повітря / наприклад, у калорифері сушарки / нагрівається при d = const і процес нагріву зображається відрізком вертикальної лінії від початкової точки 0 до перетину ліній з ізотермою, яка відповідає температурі нагрітого повітря t1 /див. рис.2.1/.

Процес охолодження зворотний нагріву і зображається вертикальною лінією, що йде зверху вниз.

В ідеальній сушарці, що працює без втрат теплоти в оточуюче середовище, процес сушіння (випаровування) ішов би при Н = const, тому що теплота сушильного агента, витрачена на випаровування вологи, повертається в повітря разом з парою вологого матеріалу. В реальних умовах із-за втрат теплоти в оточуюче середовище, процес сушіння відбувається із зменшенням ентальпії, ізотерми на Hd – діаграмі йдуть крутіше, ніж за ізоентальпією.

При t < tр починається конденсація водяної пари чи на поверхні тіл з утворенням роси, чи в об’ємі вологого повітря з утворенням туману /при t < 0ºС можуть утворюватися відповідно іній або паморозь /. При цьому осушується вологе повітря. Охолодження повітря продовжується за кривою φ = 100%. Із зниженням температури зменшується значення d і збільшується кількість сконденсованої вологи. Ентальпія перенасиченого повітря / ρп > ρн / зменшується пропорційно кількості сконденсованої пари.

Опис лабораторної установки

Основними елементами установки є калорифер 2 та сушильна камера 4 /рис.2.2/.

Стан вологого повітря у приміщенні визначають за показами сухого t та мокрого tм термометрів психрометра 8. Для визначення барометричного тиску Рб використовують барометр 9. Масову витрату повітря через установку знаходять за допомогою реометра 1, вимірюючи перепад тиску, що виникає на каліброваному звуженні / круглий отвір /, через який тече повітря.

Через реометр повітря надходить у двоходовий калорифер – горизонтальну скляну трубу, поділену навпіл уздовж осі сталевою перегородкою і закриту з обох торців кришками. Потужність електронагрівача / два тени / 3 регулюється автотрансформатором 7 і вимірюється ватметром W. За допомогою такого самого автотрансформатора / на схемі не показаний / зміною напруги, що подається на електродвигун вентилятора 6, установлюють задану масову витрату повітря / її знаходять, використовуючи номограму, за висотою нижньої частини водяного меніска у прямій скляній трубці реометра /.

Рис.2.2 Схема експериментальної установки 1 – реометр, 2 – калорифер, 3 – тени, 4 – сушильна камера, 5 – потенціометр,6 – вентилятор, 7 – автотрансформатор, 8 – психрометр, 9 – барометр.

Сушильна камера 4 циліндричної форми має ванну для води і кільцевими поперечними перегородками розділена на три секції. На перегородках закріплені серветки тканини, нижні краї яких занурені у воду. Повітря, яке тече від секції до секції, змінює напрям і зволожується.

Температури на різних ділянках потоку повітря вимірюється за допомогою хромель-копелевих термопар, що підключені до шестипозиційного потенціометра 5. Термопари t1 та t2 служать для вимірювання температур повітря відповідно на вході та виході із сушильної камери, а суха tз та мокра tм4 термопари – для визначення стану вологого повітря на певній відстані від сушильної камери, тобто після його часткового охолодження.

Порядок виконання роботи

Добавити декілька мілілітрів води у ванночку сушильної камери.

Перевірити наявність води у U- подібному коліні мокрої термопари.

Встановити нуль шкали реометра 1 / по низу водяного меніска у скляній трубці реометра /.

Включити вентилятор, а потім / але не раніше / електричний нагрівач калорифера. За допомогою автотрансформаторів встановити задані викладачем витрату повітря та потужність нагрівача, записати ці дані у табл.2.1.

Змочити тканину мокрого термометра і включити вентилятор психрометра, уважно стежити за зміною tм . Записати мінімальне значення tм / воно спочатку знижується, а після підсихання тканини починає підвищуватися / і відповідну температуру сухого термометра t .

Записати покази барометра.

Включити потенціометр. Включити привід діаграми і виключити його, як тільки підключиться термопара t1 . Коли підвищення температури за калорифером припиниться, тобто коли установка ввійде у стаціонарний режим роботи, можна починати експеримент. Одержані результати записати у табл.2.1.

Таблиця 2.1

Номер досліду Витрата повітря за реометром, л/хв Потужність нагрівача, Вт Температура вологого повітря, ºС, на термопарах Примітка
t1 t2 t3 t4

1 t =

2 tм =

3 Рбар=

Обробка результатів спостережень

За показами психрометра t і tм знаходимо початкову точку 0. Піднімаємось за вертикаллю до ізотерми t1, яка відповідає температурі повітря за калорифером, і дістаємо точку 1 /рис.2.3/.

Точка 2 повинна лежати на ізотермі t2 і перебуватиме на одній вертикалі з точкою 3, тому що за сушильною камерою вологе повітря лише охолоджується. Точку 3 знаходимо аналогічно точки 0 за показами термопар t3 і tм4 . Піднімаючись від точки 3 за вертикаллю до ізотерми t2 , визначаємо положення точки 2.

З’єднавши точки 2, 3 прямими лініями, дістанемо три процеси, що відбуваються з повітрям в установці: 0-1 – нагрів повітря в калорифері; 1-2 – зволоження його в сушильній камері; 2-3 – охолодження повітря за сушильною камерою (рис.2.3).

Парціальний тиск сухого повітря у вологому повітрі приміщення, Па:

Рс.п = Рб - Рп ,

де Рп – визначаємо за Нd- діаграмою.

Масова витрата сухого повітря через установку, кг/с:

Мс.п = Рс.п V / (Rс.п T0) ,

де V – об’ємна витрата повітря, м3/с; Rс.п – питома газова стала сухого повітря, Дж/(м·К); То – абсолютна температура повітря в приміщенні / точка 0 /, К.

Потужність теплового потоку, який витрачається на нагрів повітря в калорифері, кВт:

Qк = (H1-H0)Mс.п ,

де H1, H0 - ентальпія вологого повітря відповідно після калорифера і перед ним, кДж/кг Мс.п - потужність нагрівача, кВт:

Q = 0,001W .

ККД калорифера, %:

ηк = 100 Qк / Q

Потужність теплового потоку, який втрачається при охолодженні повітря в процесі 2-3, кВт:

Qохол = (Н2-Н3) Мс.п .

Продуктивність сушильної камери за випареною вологою, кг/с:

Мр =0,001(d2-d1) Мс.п .

де d2, d1 – вологовміст повітря після і до сушильної камери.

Витрати на випаровування 1 кг вологи:

сухого повітря, кг:

mс.п = 1000 / (d2-d1);

теплоти в сушильній установці, кДж:

q = 1000 (Н1-Н0) / ( d2-d1).

Ефективність сушильної установки можна оцінити, порівнюючи q з мінімальною витратою теплоти qmin на підігрів висушуваного матеріалу до температури випаровування 1 кг вологи. Для атмосферної конвективної сушки qmin = 2500 кДж/кг. Чим ближче до одиниці значення 2500 / q , тим ефективніше працює установка.

Контрольні запитання

Що являє собою вологе повітря ?

Що називається абсолютною вологістю повітря ?

Що називається відносною вологістю повітря ?

Що називається вологовмістом ?

Що таке ентальпія і як вона визначається для вологого повітря ?

У якому стані може перебувати вологе повітря ?

Як, використовуючи покази психрометра, знайти на Id- діаграмі точку, що характеризує стан вологого повітря ?

Як на Id- діаграмі зображається процес, який відбувається у калорифері?

Як і які параметри можна знайти для заданої на Id- діаграмі точки ?

Пояснити, як визначено стан повітря в характерних точках процесів, що відбуваються в сушильній установці.

Який тепловий режим вважають стаціонарним ?

Будова й призначення елементів лабораторної установки.

Порядок виконання лабораторної роботи.

Як визначається витрата повітря й теплоти на випаровування 1 кг вологи ?

Як визначити теплові втрати калорифера в оточуюче середовище ?

Як визначається витрата сухого повітря через установку ?

З якими процесами вологого повітря ви стикаєтесь у побуті ?

Чому ентальпію вологого повітря, яка має одиницю кДж/кг, позначають H,а не h, що, звичайно, вживається для величин, віднесених до 1 кг ?

Чому у розрахунку сушарок за основну розрахункову одиницю беруть1 кг сухого повітря ?


Список літератури

1.  Воронец Д., Козич Д. Влажний воздух: Термодинамические свойства и применение. – М.: Энергоатомиедат, 1984.

2.  Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Висш. шк., 1980. – С.210-217.

3.  Теплотехника. / Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоатомиедат, 1982. – С.44-47.

4.  Теплотехника./ И. Т. Швец, В. И. Толубинский, Алабовский и др. – К.: Висш. шк., 1976. – С.68-72.

5.  Техническая термодинамика /В. А. Кириллин, В. В. Сичев, А. Е. Шейндлин. – М.: Энергоатомиедат, 1983. – С.371-382.

6.  Шинкарик М.М. Теоретичні основи теплотехніки. – Тернопіль, вид. ТДТУ ім. І.Пулюя, 2002. – с. 39-45.


Основні положення термодинаміки

Технічна термодинаміка є феноменологічою теорієюмакроскопічних процесів, які супроводжуються пертворенням:

1. енергії; 2. тепла; 3. тиску; 4. ідеального газу;

2. Першою роботою яка положила початок розвитку термодинаміки була робота:

1. С. Карно; 2. М. Ломоносова; 3. Больцмана; 4. Лаваля;

3. Термодинамічною системою називається сукупність матеріальних тіл, які є об’єктом вивчення і знаходиться з навколишнім:

1. середовищем; 2. тиском; 3. атмосферним тиском; 4. питомим об’ємом;

4. Питомий об’єм – це величина:

1. ; 2. ; 3. ; 4. ;

5. Питомий об’єм – це об’єм, який займає:

1. 1 кг речовини; 2. 1 кг газу; 3. 1 м3 речовини; 4. 1 м2 речовини;

6. Для вимірювання тиску використовують одиниці виміру:

1. Паскаль(Па),Н/м2; фізична атмосфера(ф.атм.) бар; технічна атмосфера (ат) міліметри ртутного стовпчика, міліметри водяного стовпчика; 2. Паскаль (Па); фізична атмосфера, бар; технічна атмосфера; 3. фізична атмосфера; технічна атмосфера; міліметри ртутного стовпчика, міліметри водяного стовпчика; 4. атмосфера, бар;

7. Температура – характеризує степінь нагрітості тіл і є мірою середньою:

1. кінематична енергія руху молекул; 2. потенціальна енергія руху молекул; 3. енергія руху молекул; 4. внутрішня енергія;

8. Параметром стану є абсолютна температура:

1. ; 2. ; 3.  4.

9. Основні термодинамічні параметри стану P, v, T взаємоз’язані:

1. F(P, v, T=0); 2. F(w, p,T)=0; 3. F(P, v, T)≠0; 4. F(v, T)=0

10. Послідовність зміни стану системи складає:

1. термодинамічний процес; 2. тепловий процес; 3. термодинаміка; 4. теплообмінний процес;

11. Оборотним процесом може бути тільки процес:

1. врівноважений; 2. стислий; 3. внутрішній 4. зовнішній;

12. Перетворення теплоти в роботу здійснюється за допомогою:

1. робочого тіла; 2. робочого тиску; 3. робочого об’єму; 4. робочого впливу;

13. Кожна молекула, якщо вона рухається зі швидкість w, за одиницю часу здійснює:

1.  ходів; 2.  ходів; 3.  ходів; 4.  ходів;

14. Рівняння стану ідеального газу:

1. PV=mRT; 2. pw=mRT; 3. PV=RT; 4. PV=RT

Перший закон термодинаміки

1. Перший закон термодинаміки стверджує, що енергія не виникає і не зникає, вона лише переходить із однієї в іншу.

1. форму; 2. фази; 3. залежності; 4. температури;

2. Яке рівняння вірне?

1. dQ=dU+dL; 2. dQ=dP+dL; 3. dQ=dT+dP; 4. dQ=dT+pdV;

3. Абсолютна величина внутрішньої енергії:

1. v=∫(dQ+dL)+U0; 2. v=∫(dQ+dL)+V; 3. v=∫(dQ+dL); 4. v=∫dp+pdV;

4. Внутрішня енергія системи є однозначною функцією стану:

1. системи; 2. температури; 3. об’єму; 4. тиску;

5. Внутрішня енергія системи є однозначною функцією стану тіла:

1. U=φ(P,V); U= φ2(P,T); U= φ3(V,T); 2. U= φ(P,V); U= φ3(P,T);

3. U= φ(V,T); U= φ(P,T); 4. U= φ(p,V,T);

6. Робота виконана поршнем:

1. dL=Pdv; 2. dL=TdV; 3. dL=VdV; 4. dA=SdV;

7. Перший закон в диференціальній формі:

1. dg=du+pdυ; 2. dg=dT+pdυ; 3. dg=dv+dp; 4. dg=dv+dυ;

8. Величина:

1. h=v+рυ; 2. h=v-рυ; 3. h=dv+g; 4. h=v+pυT;

-є функцією стану системи і чисельно рівна всій енергії

9. Ентальпія є:

1. параметром; 2. тиском; 3. температурою; 4. станом системи;

10. Істинна теплоємність тіла:

1. ; 2. ; 3. ; 4.

Схожі реферати:

Навігація