Ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja – laboratorium Ćwiczenie 2: Określanie strumienia masy pary wodnej zaabsorbowanej w substancji higroskopowej
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie masy pary wodnej, która została zaabsorbowana przez substancję higroskopową (sól kamienna) oraz w drugim etapie ćwiczeń masę pary wodnej oddanej do powietrza przez wkładkę z soli.
2. Obliczenia
2.1. Gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym
= 003484
,
0
ρ
⋅ ( p − 378
,
0
⋅ p [kg/m3]
w )
Ts
gdzie:
T – temperatura sucha na stanowisku pomiarowym [K], s
p –
ciśnienie atmosferyczne powietrza [Pa], p –
ciśnienie cząstkowe (prężność) pary wodnej w powietrzu [Pa].
w
p = p
− 77
,
6
⋅ −4
10
⋅
−
⋅
w
wn
( t t
s
w )
p
gdzie:
p – ciśnienie cząstkowe (prężność) pary wodnej nasyconej [Pa], wn
t
– temperatura sucha na stanowisku pomiarowym [°C], s
t
– temperatura wilgotna na stanowisku pomiarowym [°C].
w
7,447 (
⋅ T −273)
w
T −38,33
p
= 604 ⋅10 w
wn
gdzie:
T – temperatura wilgotna na stanowisku pomiarowym [K].
w
2.2. Prędkość powietrza w odcinku pomiarowym Prędkość przepływu powietrza należy wyznaczyć za pomocą anemometru skrzydełkowego.
2.3. Stała psychrometryczna
⎛
⎞
75
,
6
−5
A =
[-]
p
⎜65 +
⎟ ⋅10
⎝
v ⎠
gdzie:
v –
prędkość powietrza w przekroju rury pomiarowej [m/s].
1
Ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja – laboratorium 2.4. Ciśnienie cząstkowe (prężność) pary wodnej nasyconej przed i za wkładką solną 7,447 (
⋅ T −273
w
)
p
t
E t
[Pa]
wn ( w )
T −38,33
= ( ) = 604 ⋅10 w
w
7,447 (
⋅ T −273
s
)
p
t
E t
[Pa]
wn ( s )
T −38,33
= ( ) = 604 ⋅10 s
s
gdzie:
T –
temperatura
powietrza
wg termometru mokrego [K],
w
T –
temperatura
powietrza
wg termometru suchego [K].
s
2.5. Ciśnienie cząstkowe (prężność) pary wodnej nienasyconej przed i za wkładką solną p = e = E t
( ) − A ⋅
−
⋅ [Pa]
w
w
p
( t t
s
w )
p
gdzie:
E( t ) – ciśnienie cząstkowe (prężność) pary wodnej nasyconej [Pa], w
A –
stała psychrometryczna [-],
p
t –
temperatura
powietrza wg termometru suchego [°C], s
t –
temperatura
powietrza wg termometru mokrego [°C], w
p –
ciśnienie atmosferyczne na stanowisku pomiarowym [Pa].
2.6. Wilgotność względna przed i za wkładką solną
= e
ϕ
⋅100 [%]
E( t )
s
gdzie:
e
–
ciśnienie cząstkowe (prężność) pary wodnej nienasyconej [Pa], E( t ) – ciśnienie cząstkowe (prężność) pary wodnej nasyconej [Pa].
s
2.7. Wilgotność właściwa przed i za wkładką solną e
x =
622
,
0
⋅
[kg/kg p.s.]
p − e
gdzie:
e –
ciśnienie cząstkowe (prężność) pary wodnej nienasyconej [Pa], p –
ciśnienie atmosferyczne na stanowisku pomiarowym [Pa].
2.8. Zmiana wilgotności względnej powietrza po przejściu przez wkładkę solną ϕ
Δ = ϕ −ϕ [%]
z
p
gdzie:
ϕ –
wilgotność względna za wkładką solną [%], z
ϕ –
wilgotność względna przed wkładką solną [%].
p
2
Ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja – laboratorium 2.9. Zmiana wilgotności właściwej powietrza po przejściu przez wkładkę solną x
Δ = x − x [kg/kg p.s.]
z
p
gdzie:
x –
wilgotność właściwa za wkładką solną [kg/kg z
ps],
x –
wilgotność właściwa przed wkładką solną [kg/kg p
ps].
2.10. Entalpia powietrza przed i za wkładką solną h = 005
,
1
⋅ t + 926
,
1
⋅ + 2500 ⋅ [kJ/kg]
s
(
ts
) x
gdzie:
t –
temperatura
powietrza wg termometru suchego [°C], s
x –
wilgotność właściwa powietrza [kg/kgps].
2.11. Zmiana entalpii po przejściu powietrza przez wkładkę solną h
Δ = h − h [kJ/kg]
z
p
gdzie:
h – entalpia powietrza za wkładką solną [kJ/kg], z
h – entalpia powietrza przed wkładką solną [kJ/kg].
p
2.12. Natężenie przepływu powietrza
⋅ 2
π
d
Q =
⋅ v [m3/s]
4
gdzie:
v –
prędkość powietrza w odcinku pomiarowym [m/s], d – średnica kanału [m], d = 15
,
0
m.
2.13. Strumień masy pary wodnej zaabsorbowanej (oddanej) przez substancję higroskopową
G =
G
τ [kg]
w
∑ ⋅
w
i
i
gdzie:
G – masowy wydatek pary wodnej w czasie pomiaru [kg/s], i
w
τ –
czas
pomiędzy poszczególnymi pomiarami [s].
i
⋅ ρ
Q
G
=
⋅ Δ x [kg/s]
w
i
i
1 + x pi
gdzie:
Q –
natężenie przepływu powietrza [m3/s], ρ –
gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym [kg/m3], x
Δ – zmiana wilgotności właściwej powietrza [kg/kg p.s.], i
3
Ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja – laboratorium x –
wilgotność właściwa powietrza przed wkładką solną [kg/kg p.s.].
pi
3. Tabele wyników pomiarów i obliczonych wielkości 3.1. Parametry powietrza na stanowisku pomiarowym Temperatura na stanowisku
Ciśnienie
Gęstość
pomiarowym
powietrza
powietrza
sucha wilgotna p
ρ
t
t
s
w
[°C] [°C]
[Pa] [kg/m3]
3.2. Wyniki pomiarów i wielkości obliczone Natężenie
Prędkość
Stała psy-
przepływu
powietrza
chrometryczna
powietrza
v
A
Q
p
[m/s]
[−]
[m3/s]
3.3. Wyniki pomiarów temperatur powietrza Przed wkładką
Za wkładką
Lp.
sucha wilgotna sucha wilgotna
t
t
t
t
s
w
s
w
[°C] [°C] [°C] [°C]
Osuszanie powietrza
1
2
3
4
5
Nawilżanie powietrza
1
2
3
4
5
4
Ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja – laboratorium 3.4. Parametry termodynamiczne powietrza Parametry powietrza przed wkładką
Parametry powietrza za wkładką
Masowy
Zmiany
Zmiany wydatek
wilgotności
entalpii
pary
Lp.
Prężność powietrza
Wilgotność Entalpia
Prężność powietrza
Wilgotność Entalpia
wodnej
E( t )
ϕ
E( t )
e
x
h
E( t )
E( t )
e
ϕ
x
h
ϕ
Δ
x
Δ
h
Δ
G
w
s
p
p
p
w
s
z
z
z
i
w
[Pa] [Pa] [Pa] [%] [kg/kg]
[kJ/kg] [Pa] [Pa] [Pa] [%] [kg/kg]
[kJ/kg] [%] [kg/kg]
[kJ/kg]
[kg/s]
OSUSZANIE POWIETRZA
1
2
3
4
5
NAWILŻANIE POWIETRZA
1
2
3
4
5
3.5. Strumień masy pary wodnej zaabsorbowanej (oddanej) przez substancję higroskopową Ilość pary wodnej
odebranej oddanej
przez wkładkę z soli
G
G
w
w
[kg] [kg]
5
Ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja – laboratorium 4. Wykresy
Należy wykonać sporządzić wykres zmian wilgotności względnej, wilgotności właściwej oraz entalpii za wkładką solną w czasie trwania ćwiczenia dla osuszania i nawilżania powietrza.
5. Wnioski
6