Примеры решения задач по физике

Влажный атмосферный воздух имеет температуру 40 оС и давление 750 мм рт. ст., парциальное давление водяного пара в воздухе 30 мм рт. ст..

Определить аналитически (не используя диаграмму H,d) состояние и основные характеристики влажного атмосферного воздуха: абсолютную влажность, относительную влажность, температуру точки росы, влагосодержание, удельную энтальпию.

Решение

По таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [13] определяется фазовое состояние водяного пара в воздухе, по которому оценивается состояние влажного воздуха:

при Па и t=40 оС фазовое состояние Н20 – перегретый водяной пар, что соответствует ненасыщенному влажному воздуху.

Абсолютная влажность воздуха может быть рассчитана с использованием таблиц [13] и по уравнению состояния идеального газа:

при рп=4 кПа и t=40 оС по таблицам [13] определяется удельный объем водяного пара v=36,08 м3/кг и рассчитывается r Интернет магазин экскурсий по Москве;гидра ссылка

 кг/м3 ;

или, если использовать уравнение состояния идеального газа,

 кг/м3 .

Относительную влажность также определим двумя способами:

при t=40 оС по таблицам [13] определяется удельный объем сухого насыщенного водяного пара v”=19,548 м3/кг и рассчитывается относительная влажность воздуха:

 ;

используя уравнение состояния идеального газа, относительную влажность воздуха рассчитываем как отношение парциальных давлений пара

 ,

где рн=7,375 кПа – давление насыщения водяного пара при t=40 оС.

Определить коэффициент теплопроводности тазовой кости лошади, если через площадку этой кости размером 3´3 см и толщиной 5 мм за час проходит 68 Дж теплоты. Разность температур между внешней и внутренней поверхностями кости в теле лошади составляет 1°.

Сходимость результатов расчета величин r и j по обоим методам очевидна.

Температура точки росы определяется по таблицам [13] как температура насыщения водяного пара при его парциальном давлении рп=4 кПа:

 оС.

Влагосодержание воздуха определяется по уравнению (7.10):

 г/(кг с.в.).

Удельная энтальпия влажного воздуха рассчитывается по формуле (7.11) применительно к ненасыщенному воздуху:

 кДж/(кг с.в.).

7.2. Влажный атмосферный воздух имеет температуру 50 оС и давление 1 бар, парциальное давление водяного пара в воздухе составляет 0,04 бар. Определить абсолютную и относительную влажность воздуха, влагосодержание, удельную энтальпию и температуру точки росы. Расчет провести аналитически и по диаграмме H,d .

Ответ: r=0,0268 кг/м3 , j=2 %; d=26,2 г/(кг с.в.) ,

  Н=118 кДж/(кг с.в.) , tросы=29,2 оС.

7.3. Состояние влажного воздуха задано параметрами: р=1 бар, t=25 оС, j=0,6. С помощью таблиц термодинамических свойств водяного пара определить парциальное давление водяных паров в воздухе.

Ответ: рп=1,9 кПа.

7.4. Атмосферный воздух при давлении 1 бар имеет температуру 20 оС и относительную влажность j=90 %. Определить характеристики влажного атмосферного воздуха r, d, рп, tросы, H аналитически (расчетным путем), используя H,d- диаграмму влажного атмосферного воздуха.

Ответ: r=0,0156 кг/м3, d=13,3 г/(кг с.в.), рп=2,1 кПа.,

 tросы=18,4 оС, H=53,8 кДж/(кг с.в.).

7.5. Состояние влажного атмосферного воздуха при р=1 бар и t=20 оС характеризуется температурой точки росы tросы=10 оС.

Определить абсолютную r и относительную влажность j, влагосодержание d и удельную энтальпию Н влажного воздуха в этом состоянии.

Ответ:  r=4,93∙10-3 кг/м3 , j=52,5 %, d=7,73 г/(кг с.в.),

Н=39,6 кДж/(кг с.в.).

7.6. Используя H,d- диаграмму, определить основные характеристики атмосферного влажного воздуха j, d, рп, tросы, H при давлении В=745 мм рт.ст. и температурах сухого и мокрого термометров психрометра t=30 оС, tм=20 оС.

Ответ: j=40 %, d=10,7 г/(кг с.в.), рп=12,5 мм рт.ст., tросы=15,5 оС,

 H=57 кДж/(кг с.в.).

7.7. Для определения состояния влажного атмосферного воздуха применен психрометр, сухой термометр которого показывает 40 оС, а влажный – 35 оС. Определить характеристики атмосферного влажного воздуха: j, d, рп, tросы, H, используя диаграмму H,d влажного воздуха.

Ответ: j=75 %, d=35 г/(кг с.в.), рп=39 мм рт.ст.,

 tросы=34 оС, Н=130 кДж/(кг с.в.).

7.8. Определить по H,d- диаграмме характеристики влажного атмосферного воздуха j, dж, рп, tросы, dж, H при давлении 745 мм рт. ст., температуре 20 оС и влагосодержании d=18 г/кг с.в.

Ответ: j=100 %, dж=3,5 г/(кг с.в.), рп=17 мм рт.ст.,

 tросы=23,5 оС, H=58 кДж/(кг с.в.).

7.9. Определить относительную влажность атмосферного воздуха, имеющего давление 745 мм рт. ст., температуру 110 оС и влагосодержание 18 г/(кг с.в.).

Ответ: j=2,81 %.

7.10. Определить удельную энтальпию влажного атмосферного воздуха, если его давление р=750 мм рт.ст., температура t=25 оС, а относительная влажность j=80 %. В расчетах использовать таблицы [13] термодинамических свойств воды и водяного пара.

Ответ: Н=66,2 кДж/(кг с.в.).

7.11. Влажный атмосферный воздух при температуре t=20 оС и давлении р=750 мм рт.ст. имеет относительную влажность j=70 %. Используя таблицы [13] теплофизических свойств воды и водяного пара, определить количество теплоты, которое необходимо изобарно подвести к 1 кг с.в. при неизменном его влагосодержании для снижения относительной влажности воздуха до 10 %.

Ответ: Q=36,5 кДж/(кг с.в.).

7.12. Атмосферный воздух при t1=70 оС, р=750 мм рт.ст. и относительной влажности j1=6 % поступает в сушильную камеру. После сушки материала его температура стала t2=30 оС, а относительная влажность j2=90 %. Используя таблицы [13] теплофизических свойств воды и водяного пара, определить, сколько воды испарил 1 кг сухого воздуха и какое количество теплоты потеряно им.

Ответ:  Dd=12,8 г/(кг с.в.), Q=8,1 кДж/(кг с.в.).

7.13. Определить минимальное массовое количество влажного воздуха с параметрами: t=20 оС, р=1 бар, j=80 %, необходимое для испарения 1 кг воды с температурой 20 оС. Считать, что при испарении воды теплообмена с окружающей средой нет. Решение выполнить двумя способами:

1) с использованием H,d- диаграммы;

2) с использованием таблиц [13] термодинамических свойств воды и водяного пара.

Ответ: Gвл.в=1190 кг .

7.14. В экспериментальной сушильной установке (рис. 7.4) влажный воздух с начальными параметрами t1=20 оС и j1=40 % нагревается калорифером до температуры t2=80 °С, а затем за счет испарения из материала влаги его температура понижается до t3=35 °С. Рассчитать количество теплоты, затраченное в установке на испарения из материала 1 кг воды, параметры воздуха на выходе из установки (Н3, d3, j3) и количество влаги, которое испаряется в установке из материала в расчете на 1 кг сухого воздуха. Считать, что тепловые потери в установке отсутствуют, а находящийся в установке материал для сушки предварительно был нагрет до 80 °С.

Ответ: Q=3410 кДж/(кг исп.воды), j3=65 %, Н3=95,6 кДж/(кг c.в.),

d3=23,7 г/(кг c.в.), d3-d2=17,8 г/(кг c.в.).

 


7.15. Рассчитать процесс сушки материала атмосферным воздухом (рис. 7.4) с давлением 745 мм рт. ст.. Воздух сперва нагревается в калорифере от t1=20 оС и j1=70 % до t2=90 оС, а затем поступает в сушильную камеру, где идет процесс сушки с потерями теплоты в окружающую среду до t3=35 оС и t3м=27 оС (температура мокрого термометра психрометра).

Определить:

параметры воздуха H и d в точках 1, 2, 3 установки по H,d - диаграмме;

количество испаренной влаги 1 кг сухого воздуха в установке;

количество сухого воздуха, необходимого для испарения 1 кг влаги из материала в установке;

количество теплоты, полученное воздухом в калорифере при испарении им 1 кг влаги,

количество потерь теплоты в сушильной камере при испарении воздухом 1 кг влаги;

минимально-теоретическое количество сухого воздуха, необходимое для испарения 1 кг влаги из материала в этой установке без калорифера.

Ответ: d1=d2=10,1 г/(кг c.в.), d3=19,9 г/(кг c.в.), Н1=47 кДж/(кг c.в.),

Н2=115 кДж/(кг c.в.), Н3=86 кДж/(кг c.в.);

d3-d2=9,8 г/(кг c.в.), Gсв=102 (кг с.в.)/(кг исп.воды);

Qк=6936 кДж/(кг исп.воды), Qпот.=2958 кДж/(кг исп.воды);

Gсв min=588 (кг с.в.)/(кг исп.воды).

7.16. В сушильную камеру воздух поступает с t1=80 оС и j1=0,05. Из сушильной камеры он выходит с t2=55 оС и влагосодержанием d2=105 г/(кг с.в.). Определить аналитически, используя таблицы термодинамических свойств водяного пара, относительную влажность j2 на выходе из сушилки и количество влаги, уносимое из сушилки 1 кг сухого воздуха. Принять давление в сушильной камере постоянным и равным 750 мм рт.ст.

Ответ: j2=0,918,  Dd=89,9 г/(кг с.в.).

7.17. Начальное состояние влажного атмосферного воздуха задано параметрами: р1=1 бар, t1=40 °С, j1=60 %. Воздух изобарно без изменения содержания в нем Н2О охлаждается до температуры t2=20 °С. Определить, сколько влаги в виде росы выпадет из воздуха в расчете на 1 кг сухого воздуха.

Ответ: dж=24 г/(кг с.в.).

7.18. Влажный воздух при барометрическом давлении 750 мм рт.ст. и температуре 90 оС имеет относительную влажность j1=80 %. Воздух изобарно без изменения содержания в нем Н2О охлаждается до температуры t2=10 оС. Определить, какая доля водяного пара превращается в жидкость, используя таблицы [13] термодинамических свойств водяного пара.

Ответ: 99,03 %.

7.19. Влажный воздух с температурой 20 оС и давлением 1 бар имеет относительную влажность 80 %. Определить, какое количество жидкости выпадет в расчете на 1 кг сухого воздуха при изобарном охлаждении влажного воздуха до 10 оС. Определить абсолютную влажность воздуха в конечном состоянии и степень сухости водяных паров в этом воздухе. Показать процесс охлаждения водяного пара в воздухе в р,v- диаграмме.

Ответ: dж= 4,12 г/(кг с.в.), r2=9,397∙10-3 кг/м3, х2=0,652.

7.20. Насыщенный влажный атмосферный воздух (j1=100 %) при t1=20 оС и р=750 мм рт.ст. поступает в сушильную камеру. После «сушки» материала путем уноса из него капельной влаги влагосодержание воздуха увеличилось до 24 г/(кг с.в.). Используя таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара [13], определить, сколько воды удалил 1 кг сухого воздуха и на сколько изменилась его энтальпия в этом процессе. Считать процесс сушки идеальным, без потерь теплоты в окружающую среду и без затрат теплоты на нагрев объектов в сушильной камере (t2=20 оС).

Ответ: Dd=9,14 г/(кг с.в.), DH=0,768 кДж/(кг с.в.).

7.2. Контрольные вопросы

1. Дайте определение парциального давления водяного пара во влажном воздухе.

2. Дайте определение и расчетное выражение абсолютной влажности воздуха, поясните, какие допущения делаются для влажного атмосферного воздуха и какую формулу при этом используют для расчета его абсолютной влажности.

3. Дайте определение и расчетное выражения относительной влажности воздуха, поясните, какую формулу используют для расчета относительной влажности атмосферного воздуха.

4. Назовите основные состояния влажного воздуха и соответствующие этим состояниям параметры и характеристики влажного воздуха. Покажите состояния водяного пара в этом воздухе в р,v- диаграмме.

5. Дайте определение температуры точки росы влажного воздуха и покажите эту изотерму в р,v- диаграмме для водяного пара. Поясните практическое значение температуры точки росы.

6. Дайте определение влагосодержания воздуха и приведите расчетное выражение влагосодержания пара для атмосферного влажного воздуха.

7. Напишите расчетное выражение энтальпии влажного воздуха при наличии в нем паровой, жидкой и твердой фаз воды. Поясните, какие требования предъявляются к удельным энтальпиям, входящим в это уравнение.

8. Напишите расчетное выражение энтальпии для влажного атмосферного воздуха при наличии в нем паровой, жидкой и твердой фаз воды. Поясните, какие допущения приняты при получении расчетных выражений удельных энтальпий, входящих в это уравнение.

9. Поясните принцип работы психрометра и его практическое предназначение.

10. Поясните принцип построения изотерм в области ненасыщенного влажного воздуха в H,d- диаграмме.

11. Поясните принцип построения линий постоянных относительных влажностей для влажного атмосферного воздуха в H,d- диаграмме.

12. Поясните принцип построения изотерм в области перенасыщенного влажного воздуха и изотерм влажного термометра психрометра в области ненасыщенного воздуха в H,d- диаграмме.

13. Поясните особенность линий постоянных относительных влажностей атмосферного воздуха при температурах больше 100 оС.

14. На основании какого выражения строится зависимость парциального давления пара от влагосодержания в H,d- диаграмме?

15. Поясните назначение калорифера в сушильной установке.

16. Почему процесс идеальной сушки идет при постоянной энтальпии?

17. Как определяется парциальное давление пара в области перенасыщенного влажного воздуха в H,d- диаграмме?

18. Как определяется температура точки росы в области перенасыщенного влажного воздуха в H,d- диаграмме?

19. Как определяются влагосодержания паровой и жидкой фаз воды в области перенасыщенного влажного воздуха в H,d- диаграмме?

Защита информации в компьютерной сети Интернет магазин экскурсий по Москве;гидра ссылка
Математика, сопротивление материалов, электротехника лекции, задачи