Температура мокрого термометра

Процессы тепло - и массообмена между открытой поверхностью воды и потоком влажного воздуха распространены в природе и технике. С этими процессами приходится иметь дело в системах охлаждения электростанций, системах кондиционирования воздуха, системах жизнеобеспечения космических летательных аппаратов, а также в сушильных и вентиляционных установках.

В общем случае температура поверхности воды может быть как ниже, так и выше температуры окружающего влажного воздуха. Однако рассмотрим процесс испарения жидкости при условии, что в начале процесса температура воды равна температуре окружающего влажного воздуха, а слой жидкости достаточно тонкий (т.е. температура жидкости одинакова по толщине слоя). Количество же воздуха неограниченно. Из опыта известно, что парциальное давление пара в тонком слое, прилегающем к поверхности жидкости. Если при этом во влажном воздухе, окружающем поверхность воды, парциальное давление пара Р_п окажется меньше давления насыщенного пара Р_н , вода начнёт испаряться.

По мере испарения воды температура поверхности жидкости понижается, в то же время как разность температур окружающего воздуха и поверхности жидкости, а также количество теплоты, поступающее от воздуха к жидкости, возрастают. Понижение температуры воды прекратиться только тогда, когда количество внутренней энергии, расходуемое жидкостью от окружающего воздуха.

Температура поверхности жидкости, достигнутая в результате рассматриваемого процесса установления равновесия, называется температурой мокрого термометра (t_м). Эта температура измеряется термометром, чувствительный элемент которого обернут влажной тканью.

Температура мокрого термометра зависит от соотношения коэффициентами, характеризующими интенсивность процессов тепло – и массообмена, протекающих между поверхностью воды и влажным воздухом. Следует подчеркнуть, что для условий, в которых обычно протекают процессы во влажном воздухе, она близка к температуре адиабатного насыщения воздуха. Последняя устанавливается при насыщении ограниченного количества воздуха, находящегося в контакте с водой, если испарение воды происходит только за счёт количества теплоты, передаваемого состояния воздуха.

Уравнение теплового баланса влажного воздуха, находящегося в контакте с водой, можно представить в форме

h₂- h₁=c_жt_м(d₂-d₁), (17)

где индекс 1 соответствует начальным значениям энтальпии и влагосодержания, а индекс 2 – конечным. Правая часть этого уравнения определяется также изменение энтальпии испарившейся воды, приходящейся на 1 кг сухого воздуха, содержащегося во влажном воздухе. В пределах воздух в конечном состоянии будет насыщенным. Учитывая значение теплоёмкости воды и принимая начальное влагосодержание равным нулю, получим

h₁= h₂- 4,19t_мd₂ (18)

где t_м – температура мокрого термометра.

 

Определение влажности воздуха по температурам мокрого и сухого воздуха

 

Относительная влажность воздуха является одним из основных его параметров, используемых в различных технических расчётах (например, выбор режима вентиляции и др.).

Применяют четыре способа определения относительной влажности воздуха: химический, точки росы, волосяного гигрометра и психрометрический. Наиболее распространённым способом является психрометрический.

Рассмотрим устройство и принцип действия аспирационного психрометра.

 

Принцип работы и устройство лабораторной установки

 

Психрометры аспирационные предназначены для определения относительной влажности и температуры воздуха.

Основанные технические данные

· Диапазон измерения относительной влажности воздуха при температуре от 5 до 40 ⁰С – от 10 до 100%;

· Диапазон измерения температуры воздуха от минус 25 до 50 ⁰С;

· Скорость воздушного потока (аспирация), м/с, должна быть: не менее 2,0 на 4-ой минуте и не менее 1,7 на 6-й минуте работы вентилятора;

· Время раскручивания пружины психрометра МВ-4М не менее 8 мин.

Работа психрометра основана на зависимости разности температур сухого и смоченного термометров от влажности окружающего воздуха. Психрометр состоит из двух одинаковых ртутных термометров (ГОСТ 112-78) закреплённых в специальной оправе, и аспирационной головки. Оправа представляет собой трубку, раздваивающуюся книзу, и защитные планки. К нижней раздвоенной части трубки с помощью пластмассовых втулок прикреплены два патрубка, являющихся радиационной защитой резервуаров термометров. Верхний конец трубки соединён с аспиратором. Аспирационная головка состоит из заводного механизма и вентилятора, закрытых колпаком. Пружина заводного механизма психрометра МВ-4М заводится ключом.

При вращении вентилятора в прибор всасывается воздух, который обтекает резервуары термометров, проходит по воздухопроводной трубе к вентилятору и выбрасывается наружу через прорези в аспирационной головке. Сухой термометр будет показывать температуру воздуха, а показания смоченного термометра будут меньше из-за охлаждения, вызванного испарением воды с поверхности батиста, облегающего резервуар термометра. Для определения влажности по показаниям сухого и смоченного термометров используют психрометрические таблицы.

Перед работой резервуар правого термометра обвертывается батистом в один слой, причём края батиста лишь немного должны заходить друг за друга (не более ¼ окружности резервуара термометра).

Полученные данные:

tº_ВЛ. = 17 ºС

tº_СУХ. = 20 ºС

Р = 749 мм. рт. ст.

р_П = 10 мм. рт. ст.

влажность- φ = 60 %

влагосодержание d = 8 г·кг

Н = 47 кДж/кг

Т_р = 10 ºС