Задание и порядок выполнения работы

Практическое занятие № 1

ТЕМА: «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРАВИЛА

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА».

Цель работы

Закрепление теоретического материала и приобретение практических на- выков по определению температуры и влажности воздуха.

Теоретический материал

Влажность воздуха. Атмосферный воздух, особенно в нижних слоях, всегда содержит некоторое количество водяного пара в пределах 0%–4%. Та- кой воздух называется влажным. Определение влажности воздуха в настоя- щее время играет большую роль и позволяет судоводителю выявить некото- рые признаки изменения погоды. Так, например, быстрое возрастание упругости водяного пара вместе с понижением температуры и давления сви- детельствует о приближении циклона или грозы.

Постепенный рост упругости водяного пара с одновременным ростом от- носительной влажности и понижением температуры предупреждает о воз- можности возникновения тумана.

Высокая абсолютная влажность является весьма отрицательным факто- ром. Она вызывает коррозию металлов корпусов судна. Высокое влагосо- держание воздуха понижает изоляцию электрооборудования.

Сочетание высокой относительной влажности (70%–90%) с высокой тем- пературой воздуха (более 25ºС) создает духоту и понижает работоспособ- ность экипажа. Влажность воздуха влияет на работу дизельных судовых ус- тановок. Повышение влажности воздуха ведет к уменьшению содержания

сухого воздуха и кислорода в цилиндрах двигателя, что ухудшает сгорание топлива, и к уменьшению коэффициента полезного действия двигателя ин- дикаторного давления и мощности.

Температура воздуха. В навигационной гидрометеорологии для изменения температуры используются следующие типы термометра: жидкостные, деформационные и электрические.

Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объема жид- кости при повышении температуры. В качестве термической жидкости при повышении температуры обычно употребляется ртуть или подкрашенный спирт. Для измерения низких температур применяются спиртовые термомет- ры, так как спирт замерзает при –117,3ºС (ртуть замерзает при –38,9ºС).

Все жидкостные термометры состоят из трех основных частей: стеклян- ного резервуара, переходящего в верхней части в капилляры, шкалы с деле- ниями и защитного стеклянного корпуса.

В метеорологии обычно применяются температурные шкалы Цельсия и Фаренгейта. По шкале Цельсия точка таяния льда обозначается 0º, точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении 100º. Промежутки между ними разделили на 100 частей (градусов). По шкале Фаренгейта точка таяния льда обозначена +32º , а точка кипения воды +212º. Промежутки меж- ду ними разделены на 180 частей (градусов).

В России и большинстве стран принята стоградусная шкала Цельсия. В США, Англии и ряде других стран – шкала Фаренгейта. Судоводитель должен уметь пользоваться этими шкалами. Для перевода значений из одной шкалы в другую служат следующие формулы:

tº F = (9/5) tº C + 32, tº C = (5/9) tº F – 32.

Кроме того, в теории применяют абсолютную шкалу температуры (шкала Кельвина, К), нуль этой шкалы отвечает полному прекращению теплового движения молекул, т. е. самой низкой возможной температуре по шкале Цельсия, это –273,8ºС +0,003º.

1º С = 0,8º R = 1,8º F = 1 K,

n 0º = 4/5 nº R = (9/5 n + 32)º F = (n + 273) K.

Величина градуса абсолютной шкалы равна величине шкалы Цельсия, по- этому нуль шкалы Цельсия соответствует 273º абсолютной шкалы. По абсо- лютной шкале все температуры положительные, т. е. выше абсолютного ну- ля. В природе абсолютного нуля не наблюдается из-за наличия реликтового излучения.

Для перехода температуры по Цельсию к абсолютной температуре слу- жит формула:

Тº К = t º С + 273ºС.

Поправка термометров. Каждый термометр после изготовления сравни- вается в центральном бюро проверки с контрольным термометром – этало- ном. В результате проверки определяются поправки, которые переносятся в проверочные свидетельства (сертификаты). Эти поправки затем вводятся в снятый отсчет. При любой температуре водяной пар в воздухе может достиг- нуть насыщения. Для характеристики влажности воздуха применяют несколь- ко величин, отражающих абсолютное содержание водяного пара в воздухе.

Влажность воздуха характеризуется различными величинами, например, водяной пар, как всякий газ, обладает упругостью (давлением):

1. Упругость водяного пара (е) – парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе. Упругость, как и атмосферное давление, измеряет- ся в мм рт. ст. или в мб. В системе единиц «СИ» выражается в паскалях (1 Па = Н/м2). Парциальное давление – это часть давления смеси, обуслов- ленное данным конкретным газом.

2. Упругость насыщения – (максимальная упругость, предельная упру- гость). Е – упругость водяного пара, максимально возможная при данной температуре, которая зависит от температуры водяного пара (равной темпе- ратуре влажного воздуха). Измеряется в тех же единицах, что и упругость водяного пара.

3. Относительная влажность (r) – отношение фактической упругости насыщения при данной температуре, выраженное в процентах:

r = (е / Е) 100%.

4. Дефицит влажности (недостаток насыщения, дефицит упругости во- дяного пара – D). Это разность между упругостью насыщения пара при дан- ной температуре и упругостью водяного пара, содержащегося в воздухе:

D = Е – е.

5. Точка росы (температура точки росы t τ). Это температура, до которой нужно охладить воздух при постоянном давлении, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения. Разность между температу- рой воздуха и точкой росы:

D = (t – t t ).

6. Абсолютная влажность (α) – это масса водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха, которая измеряется в кг на 1 м3. Соотношение аб- солютной влажности и упругостью водяного пара следующее:

a = 2,17 ×10-3 е ,

или (α) насчитывается по формуле:

α = 220 е / Т,

где е – упругость водяного пара Па;

Тº – температура К;

t – температура ºС;

α – коэффициент расширения газов (0,004).

7. Удельная влажность (q) – это масса водяного пара, содержащегося в единице влажного воздуха:

q = 0,622 е/Р (кг/кг) = 622 е/Р (г/кг).

Методы измерения влажности воздуха. Для измерения влажности при- меняется психрометрический метод и метод определения влажности с помо- щью гигрометров.

В психрометрическом методе влажность воздуха определяется по показа- ниям психрометра – прибора, состоящего из двух термометров. Приемная часть (резервуар) одного из термометров обвязана смоченным батистом (смоченный термометр). Смачивают батист дистиллированной водой при помощи пипетки. Баллоны ртути обдуваются воздухом, скорость которого постоянна (V = 2 м/с).

С поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение, на которое затрачивается тепло. Другой термометр психрометра – сухой – показывает истинную температуру воздуха. Смоченный термометр показы- вает собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения во- ды с поверхности резервуара. Чем больше дефицит влажности, тем интен- сивнее происходит испарение, и, следовательно, тем ниже показания смоченного термометра.

По закону Дальтона количество воды, испарившейся с некоторой поверх- ности, прямо пропорционально дефициту влажности (Е’ – е) при температуре испаряющейся поверхности (t ’) и обратно пропорционально атмосферному давлению (Р).

М = [с (Е’ – е) F ] / Р,

где с – коэффициент пропорциональности, зависящий от скорости воздуха около резервуара термометра;

F – площадь испаряющейся поверхности;

Е’ – максимальная упругость водяного пара при температуре испаряю- щейся поверхности;

е – упругость водяного пара, находящегося в воздухе.

Перемножив количество (массу) испарившейся воды на скрытую теплоту парообразования (L), получим расход тепла (Q 1) на испарение с поверхности смоченного термометра:

Q 1 = [е S L (Е – е)] / Р.

Разность между температурой воздуха сухого и влажного термометра обу- славливает поступление тепла к смоченному термометру. По закону Ньютона

количество тепла (Q 2) на испарение с поверхности сухого термометра пропор- ционально разности температуры воздуха и смоченного термометра (t – t ’):

Q 2 = h F ( t – t ’),

где h – коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха около резер- вуара смоченного термометра.

Так как определение влажности производится при установившемся пока- зании смоченного термометра, можно считать, что приход тепла к нему равен расходу на испарение, в противном случае показания термометра изменились бы, т. е. Q 1 = Q 2.

c S L (E’ – e) / P = h S (t – t’).

е – определяется из уравнения:

е = E ’ – [ h ( t – t ’) P ] / L c.

Заменив h / Lc через А (психрометрический коэффициент), получим ос- новную психрометрическую формулу:

е = E ’ – А ( t – t ’) P.

Определение влажности с помощью гигрометра. Для непосредственно- го измерения относительной влажности (r)служат гигрометры, которые в зависимости от чувствительности элемента подразделяются на волосяные и пленочные. Основной элемент прибора состоит из обезжиренного челове- ческого волоса, который обладает свойством изменять свою длину при изме- нении относительной влажности. При уменьшении относительной влажности длина волоса уменьшается, при увеличении – удлиняется. Для непрерывной регистрации измерения влажности используются самописцы – гигрографы, которые устроены по типу барографа.

Определение нижней кромки облачности. Образование нижней кромки облачности зависит от нижней границы конденсации водяных паров, т. е. за- висит от температуры воздуха и влажности у поверхности земли. Для опре- деления нижней кромки облачности существует эмпирическая формула:

Н = 122 (Т – τ ),

где Н – высота нижней кромки облачности, в м;

Т – температура сухого воздуха, ºС;

τ – точка росы, ºС.

Определение влажности. Влажность воздуха определяется с помощью ас- пирационного психрометра «Ассмана» по разности температур сухого и смочен- ного термометров. Так как при испарении происходит охлаждение резервуара смоченного термометра, то его показания будут меньше показаний сухого. Испа- рение будет тем больше, чем суше окружающий воздух, и, следовательно, чем больше разность показаний термометров, тем ниже упругость водяного пара.

При одинаковых показаниях термометров (испарение не происходит) от- носительная влажность составляет 100%.

Вычисление упругости водяного пара (е) можно произвести по темпера- туре сухого и смоченного термометров, с помощью специальных «Психро- метрических таблиц» или по формуле:

Е = Е’ – 0,000662 ( t – t ’) P,

где Е’ – упругость насыщения при температуре t ’, определяемой по табл. 1, мб;

t и t ’ – температура сухого и влажного термометра, ºС;

Р – атмосферное давление, мб.

Таблица 1

Определение точки росы

tº	Ел	Е	tº	E	tº	E	tº	E	tº	E
–40	0, 1	0, 2	0	6, 1	8	10, 7	16	18, 2	24	29, 9
–30	0, 4	0, 5	1	6, 6	9	11, 5	17	19, 4	25	31, 7
–20	1, 0	1, 2	2	7, 0	10	12, 3	18	20, 6	26	33, 6
–10	2, 6	2, 9	3	7, 6	11	13, 1	19	22, 0	27	35, 7
–8	3, 1	3, 3	4	8, 1	12	14, 0	20	23, 4	28	37, 8
–6	3, 7	3, 9	5	8, 7	13	15, 0	21	24, 9	29	40, 0
–4	4, 4	4, 5	6	9, 4	14	16, 0	22	26, 5	30	42, 5
–2	5, 2	5, 3	7	10, 0	15	17, 1	23	28, 1	31	45, 0

Пример:

температура сухого термометра t = 10,4ºС, смоченного t ’ = 8,3ºС, давление воздуха Р = 987 мб. Определить элементы влажности воздуха.

Решение: При t ’ = 8,3º из табл. 1 получаем Е= 11,0 мб. 0,000662 (10, 4 – 8,3) 987 = 11, 0 – 1,37 = 9,63 мб.

Из табл. 1 находим (при t ’ = 10,4) Е = 12,6 мб. Вычисление относительной влажности по формуле:

r = (е / Е) 100%,

т. е.

r = (9,63 / 12,6) 100%.

Определение точки росы τ.

В табл. 1 при равенстве е = Е находим соответствующую ей температуру

t = –6,3ºС и определим абсолютную влажность:

α = 220 е / Т = 220 ´ 9, 6 / (273 + 10, 4) = 7, 5 (г/м 3 ).

Задание и порядок выполнения работы

Произвести измерение температуры воздуха при помощи аспирационного психрометра (точность измерения 0, 1ºС). Измерить давление по анероиду и перевести мм в мб. По полученным данным определить упругость водяного пара (е) и относительную влажность (Е) по пси

Таблица 2

Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 315; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!