RU2816501C1 - Installation for simulation of moisture exchange processes between air and water environments - Google Patents
Installation for simulation of moisture exchange processes between air and water environments Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816501C1 RU2816501C1 RU2023119440A RU2023119440A RU2816501C1 RU 2816501 C1 RU2816501 C1 RU 2816501C1 RU 2023119440 A RU2023119440 A RU 2023119440A RU 2023119440 A RU2023119440 A RU 2023119440A RU 2816501 C1 RU2816501 C1 RU 2816501C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- air
- temperature
- measuring
- humidity
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 110
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract description 10
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract description 10
- 238000009533 lab test Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для исследования процессов испарения и конденсации атмосферной влаги на водную поверхность, и в частности к установкам для проведения учебных занятий. В современных климатических моделях возникает потребность в достоверных данных относительно влагообмена между воздушной и водной средами. Известно явление нижнеуровневой конденсации атмосферной влаги на водную поверхность и ее зависимости от влажности воздуха, температур водной и воздушной среды, скорости ветра. Особую роль в климатических изменениях связывают с парниковым эффектом, в образовании которого принимают участие содержащиеся в атмосферном воздухе пары воды, количество которых, по разным оценкам, составляет довольно значительную величину - 75-90%. Одной из составляющих количества паров в атмосфере Земли является конденсация на водные поверхности. Учет соотношения интенсивности этого процесса вблизи водной поверхности является актуальной задачей повышения точности современных методов расчета водного баланса гидросферы. Влагообмен между воздушной и водной средами определяет множество явлений, включая гидродинамические и конвективные процессы, характерные для природных водоемов. Метод физического моделирования этих явлений в океане и атмосфере широко используется в геофизике и позволяет проводить их изучение в лабораторных условиях. Этот метод позволяет создавать контролируемые условия в течение всего эксперимента и в ряде случаев выделять в чистом виде различные механизмы, приводящие к возникновению изучаемых явлений.The invention relates to devices for studying the processes of evaporation and condensation of atmospheric moisture on a water surface, and in particular to installations for conducting educational classes. In modern climate models, there is a need for reliable data regarding moisture exchange between air and water environments. The phenomenon of low-level condensation of atmospheric moisture onto the water surface and its dependence on air humidity, water and air temperatures, and wind speed are known. A special role in climate change is associated with the greenhouse effect, in the formation of which water vapor contained in the atmospheric air takes part, the amount of which, according to various estimates, is quite significant - 75-90%. One of the components of the amount of vapor in the Earth's atmosphere is condensation on water surfaces. Taking into account the intensity ratio of this process near the water surface is an urgent task of increasing the accuracy of modern methods for calculating the water balance of the hydrosphere. Moisture exchange between the air and water environments determines many phenomena, including hydrodynamic and convective processes characteristic of natural reservoirs. The method of physical modeling of these phenomena in the ocean and atmosphere is widely used in geophysics and allows them to be studied in laboratory conditions. This method makes it possible to create controlled conditions throughout the experiment and, in some cases, to isolate in their pure form various mechanisms leading to the occurrence of the phenomena being studied.
Известна лабораторная установка по термодинамике, патент №2126175, МКИ G09B 23/16, (опубл. 02.10.1999), которая содержит увлажнитель, сосуды для воды, смесители потока, датчики температуры, при этом в качестве нагревателя установлен электронагреватель, корпус выполнен в виде вертикально установленной трубы, в которой смонтированы электронагреватель и увлажнитель, на корпусе со стороны внешней его поверхности нанесена тепловая изоляция, смесители потока установлены за нагревателем и за увлажнителем, а клапан, предназначенный для измерения расхода потока, установлен в выходном сечении корпуса. Известна также лабораторная установка по теплопередаче (патент №2006138755 от 02.11.2006), содержащая корпус, электронагреватель, патрубки для выхода нагретого воздуха, у которой вертикальный цилиндрический корпус выполнен из латуни, содержит две трубы по типу «труба в трубе», внутренняя труба открыта с обеих сторон, содержит электронагреватель, подсоединенный к находящимся снаружи ваттметру и ЛАТРу, и два смесителя потока, внешняя труба открыта сверху и в нижней части имеет коническую форму с выходным патрубком, снаружи наружной трубы смонтирован сосуд, содержащий воду с тающим льдом и патрубком для слива воды. Недостатками данных установок являются ограниченная сфера применения для исследования тепломассообмена при испарении в поток воздуха и низкая точность измерения температуры поверхности воды, снижающая достоверность получаемых результатов, что ограничивает диапазон решаемых задач.A laboratory installation for thermodynamics is known, patent No. 2126175, MKI G09B 23/16, (published 10/02/1999), which contains a humidifier, water vessels, flow mixers, temperature sensors, while an electric heater is installed as a heater, the housing is made in the form a vertically installed pipe in which the electric heater and humidifier are mounted, thermal insulation is applied to the housing on its outer surface, flow mixers are installed behind the heater and behind the humidifier, and a valve designed to measure the flow rate is installed in the outlet section of the housing. A laboratory heat transfer installation is also known (patent No. 2006138755 dated November 2, 2006), containing a housing, an electric heater, pipes for the outlet of heated air, in which the vertical cylindrical body is made of brass, contains two pipes of the “pipe-in-pipe” type, the inner pipe is open on both sides, contains an electric heater connected to a wattmeter and LATR located outside, and two flow mixers, the outer pipe is open at the top and in the lower part has a conical shape with an outlet pipe, a vessel containing water with melting ice and a drain pipe is mounted outside the outer pipe water. The disadvantages of these installations are the limited scope of application for studying heat and mass transfer during evaporation into an air flow and the low accuracy of measuring water surface temperature, which reduces the reliability of the results obtained, which limits the range of problems to be solved.
Наиболее близкой, принятой за прототип, является установка, описанная в работе (Соловьев А.А., Чекарев К.В. Экспериментальные исследования конденсации паров атмосферной влаги на водную поверхность // Физические проблемы экологии. - 2009. - №. 16. - С. 252-262.).The closest, adopted as a prototype, is the installation described in the work (Soloviev A.A., Chekarev K.V. Experimental studies of condensation of atmospheric moisture vapor on a water surface // Physical problems of ecology. - 2009. - No. 16. - C 252-262).
Устройство работает следующим образом. В начале эксперимента в термостат заливается водопроводная вода, которая затем разбавляется водой, охлажденной с помощью льда. После этого вода прогоняется через теплообменник мерной кюветы и теплообменник регулятора температуры воздуха с помощью гидронасоса. В термостатирующую емкость наливается вода из термостата таким образом, чтобы она достигала верхнего края теплообменника. Затем мерная кювета помещается на теплообменник, а стойка с датчиками температуры, расположенными на разных уровнях от поверхности воды, устанавливается для измерения температурного градиента над поверхностью воды. После некоторого времени температура вытекающей воды из теплообменника становится равной температуре воды в термостате. Затем в емкость регулятора влажности наливается теплая вода, и включается вентилятор, который прогоняет воздух через теплообменник. После достижения необходимой влажности в вытекающей воде из теплообменника мерная кювета тщательно вытирается и в нее наливается вода из мерной колбы. Далее проводятся эксперименты для разных температур воздуха в камере, чтобы получить характерные профили температуры над водной поверхностью с целью дальнейшего нахождения температуры водной поверхности методом линейной интерполяции. Для повышения точности измерений эксперименты проводятся без стойки с температурными датчиками, и термостатирующая емкость и мерная кювета закрываются сплошной крышкой, предотвращая обмен воздуха с окружающей средой до установления необходимых параметров. После установления заданных параметров воздушной и водной среды проводится измерительный этап эксперимента, фиксируя отсчет времени. В заключительном этапе эксперимента определяется количество сконденсированной на воду мерной кюветы паров воды. Для этого снимается мерная кювета с теплообменника, и сливается вода из термостатирующей емкости в специальный держатель через сифонный слив. Затем вода, сконденсировавшаяся во время экспериментов, переливается в мерную колбу, измеряется ее масса на электронных весах. Эксперимент проводится с целью изучения зависимостей скорости конденсации пара на водной поверхности мерной кюветы от разности плотности пара над ней и в камере, а также от изменений температуры воздуха в камере и температуры жидкости в кювете.The device works as follows. At the beginning of the experiment, tap water is poured into the thermostat, which is then diluted with water cooled with ice. After this, the water is driven through the heat exchanger of the measuring cuvette and the heat exchanger of the air temperature regulator using a hydraulic pump. Water from the thermostat is poured into the thermostatic container so that it reaches the upper edge of the heat exchanger. The measuring cell is then placed on the heat exchanger, and a stand with temperature sensors located at different levels from the water surface is installed to measure the temperature gradient above the water surface. After some time, the temperature of the water flowing out of the heat exchanger becomes equal to the temperature of the water in the thermostat. Then warm water is poured into the humidity regulator container and the fan is turned on, which drives air through the heat exchanger. After reaching the required humidity in the water flowing out of the heat exchanger, the measuring cuvette is thoroughly wiped and water is poured into it from the measuring flask. Next, experiments are carried out for different air temperatures in the chamber in order to obtain characteristic temperature profiles above the water surface in order to further determine the temperature of the water surface using the linear interpolation method. To increase the accuracy of measurements, experiments are carried out without a rack with temperature sensors, and the thermostatic container and measuring cell are closed with a solid lid, preventing the exchange of air with the environment until the required parameters are established. After establishing the specified parameters of the air and water environment, the measuring stage of the experiment is carried out, recording the time count. At the final stage of the experiment, the amount of water vapor condensed onto the water in the measuring cuvette is determined. To do this, remove the measuring cell from the heat exchanger, and drain the water from the thermostatic container into a special holder through a siphon drain. Then the water condensed during the experiments is poured into a volumetric flask, and its mass is measured on an electronic scale. The experiment is carried out to study the dependence of the rate of steam condensation on the water surface of a measuring cuvette on the difference in vapor density above it and in the chamber, as well as on changes in the air temperature in the chamber and the temperature of the liquid in the cuvette.
Согласно закону Дальтона влагообмен между поверхностью воды и воздухом определяется количеством пара, находящегося в воздухе, и количеством молекул, покидающих поверхность воды. Количество содержащегося пара в воздухе определяется датчиком влажности, а количество молекул, покидающих поверхность воды, определяется температурой поверхности воды. В установке температура поверхности воды находится из распределения температур, которое определяется с помощью датчиков температуры, расположенных на разных уровнях от поверхности воды и измеряющих температуру воздуха после установления стратификации в слое воздуха у поверхности воды. Однако в природных условиях любая стратификация воздуха нарушается ветровыми потоками.According to Dalton's law, moisture exchange between the surface of water and air is determined by the amount of vapor in the air and the number of molecules leaving the surface of the water. The amount of vapor contained in the air is determined by the humidity sensor, and the number of molecules leaving the surface of the water is determined by the temperature of the water's surface. In the installation, the water surface temperature is found from the temperature distribution, which is determined using temperature sensors located at different levels from the water surface and measuring the air temperature after establishing stratification in the air layer at the water surface. However, under natural conditions, any stratification of air is disrupted by wind flows.
Таким образом, недостатком данной установки и всех известных моделирующих установок и устройств является низкая достоверность результатов при моделировании процессов влагообмена между поверхностью воды и воздухом в природных условиях, обусловленная неточным измерением температуры поверхности воды и наличием стратификации воздуха у поверхности воды, что ограничивает диапазон решаемых задач.Thus, the disadvantage of this installation and all known modeling installations and devices is the low reliability of the results when modeling moisture exchange processes between the water surface and air under natural conditions, due to inaccurate measurement of water surface temperature and the presence of air stratification at the water surface, which limits the range of problems to be solved.
Задачей изобретения является повышение достоверности результатов лабораторных экспериментов при моделировании процессов влагообмена между поверхностью воды и воздухом в природных условиях. Техническим результатом является повышение достоверности решаемых задач, получаемых при проведении экспериментов. Технический результат достигается тем, что в установку для моделирования процессов влагообмена между воздушной и водной средами, содержащую климатическую камеру с передней стенкой из раздвижных окон, в которой находятся мерная кювета с открытой на атмосферу водной поверхностью, установленная на термостатирующей емкости, регуляторы, с помощью которых задавались и поддерживались температура и влажность воздуха, температура воды, а также имеются датчики для определения температуры и влажности воздуха, с которыми взаимодействует вода в измерительной емкости, вводится инфракрасный датчик измерения температуры поверхности воды и ветрогенератор воздушного потока с регулятором величины его скорости и направления для перемешивания слоя воздуха у поверхности воды в мерной емкости.The objective of the invention is to increase the reliability of the results of laboratory experiments when modeling moisture exchange processes between the surface of water and air under natural conditions. The technical result is to increase the reliability of solved problems obtained during experiments. The technical result is achieved by the fact that in an installation for simulating moisture exchange processes between air and water environments, containing a climatic chamber with a front wall of sliding windows, in which there are a measuring cuvette with a water surface open to the atmosphere, installed on a thermostatic tank, regulators, with the help of which the temperature and humidity of the air, the temperature of the water were set and maintained, and there are also sensors for determining the temperature and humidity of the air with which the water interacts in the measuring tank, an infrared sensor for measuring the temperature of the surface of the water and a wind generator of the air flow with a regulator of its speed and direction for mixing are introduced layer of air at the surface of the water in a measuring container.
Схема установки моделирования процессов влагообмена между воздушной и водной средами показана на фиг. 1. Климатическая камера 1 имеет стенки из термоизоляционного материала, покрытого изнутри металлизированной отражающей поверхностью. Передняя стенка камеры состоит из раздвижных окон. Находящийся внутри камеры воздух с парами воды находится в полностью изолированном состоянии от окружающей воздушной среды. Герметизация камеры исключает возможность возникновение в ней воздушных потоков в результате проникновения воздуха из внешней среды.A diagram of the installation for modeling moisture exchange processes between air and water environments is shown in Fig. 1. Climate chamber 1 has walls made of thermal insulation material, coated on the inside with a metallized reflective surface. The front wall of the chamber consists of sliding windows. The air with water vapor inside the chamber is completely isolated from the surrounding air. Sealing the chamber eliminates the possibility of air flows occurring in it as a result of air penetration from the external environment.
В камере 1 находились мерная кювета 2 с открытой на атмосферу водной поверхностью, установленная на термостатирующей емкости 3, регулятор температуры воздуха 4 и регулятор влажности воздуха 5, с помощью которых задавались и поддерживались температура, влажность воздуха и температура воды. Внутри камеры установлены регулируемые по высоте стойки с датчиками температуры 6 и влажности 7. На стойке 6 с датчиком температуры 700-102 ВАА-В00 (точность ±0,2°С) в верхней ее части закреплен инфракрасный датчик температуры TW7011 (ИК), который может дистанционно с высокой точностью вычислить температуру поверхности воды в мерной кювете. Погрешность измерения температуры ИК датчика <±1%. Стойка 6 устанавливается в центр мерной кюветы с помощью кронштейна. На стойке 7 внутри климатической камеры располагается датчик влажности ИРТВ - 5215. Погрешность относительной влажности не превышает 0,25% единицы младшего разряда.In chamber 1 there was a measuring cell 2 with a water surface open to the atmosphere, installed on a thermostatic tank 3, an air temperature regulator 4 and an air humidity regulator 5, with the help of which the temperature, air humidity and water temperature were set and maintained. Inside the chamber there are height-adjustable stands with temperature sensors 6 and humidity sensors 7. On the stand 6 with a temperature sensor 700-102 VAA-B00 (accuracy ±0.2°C), an infrared temperature sensor TW7011 (IR) is mounted in its upper part, which can remotely calculate the surface temperature of the water in a measuring cell with high accuracy. IR sensor temperature measurement error <±1%. Stand 6 is installed in the center of the measuring cuvette using a bracket. On the rack 7 inside the climatic chamber there is an IRTV-5215 humidity sensor. The relative humidity error does not exceed 0.25% of the least significant unit.
Температура воды, на поверхности которой конденсировались содержащиеся в воздухе пары воды, задавалась с помощью регулятора температуры воды, состоящего из термостатирующей емкости 3, на дне которой находился теплообменник 8 с размерами, соединенный трубками 9 с гидронасосом 10, расположенным в термостате 11. В термостат наливается жидкость заданной температуры, которая с помощью гидронасоса прогоняется через теплообменник. На теплообменник помещается мерная кювета 2, выполненная из медной фольги толщиной 0,02 см. Кювета наполняется водой объемом один литр. Температура воды в мерной кювете 2 поддерживается постоянной при прокачке воды из термостата 11 через теплообменник 8 при одинаковом уровне жидкости в термостатирующей емкости 3 и воды в кювете 2.The temperature of the water, on the surface of which the water vapor contained in the air condensed, was set using a water temperature regulator consisting of a thermostatic container 3, at the bottom of which there was a heat exchanger 8 with dimensions connected by tubes 9 to a hydraulic pump 10 located in the thermostat 11. It is poured into the thermostat liquid at a given temperature, which is driven through a heat exchanger using a hydraulic pump. A measuring cuvette 2, made of copper foil 0.02 cm thick, is placed on the heat exchanger. The cuvette is filled with water with a volume of one liter. The temperature of the water in measuring cuvette 2 is maintained constant when water is pumped from thermostat 11 through heat exchanger 8 at the same level of liquid in thermostatic container 3 and water in cuvette 2.
Температура воздуха в камере задается и поддерживается с помощью регулятора температуры воздуха 4. В его состав входит теплообменник 12, соединенный трубками 13 с гидронасосом 14, расположенным внутри термостата 15 в который наливалась вода заданной температуры. Теплообменник заключен в кожух, внутри которого расположен вентилятор 16. Перед теплообменником находится нагреватель 17, выполненный в виде проволочной спирали, закрепленной рядами на рамке. Нагреватель соединен через выключатель с источником регулируемого напряжения.The air temperature in the chamber is set and maintained using an air temperature regulator 4. It includes a heat exchanger 12 connected by tubes 13 to a hydraulic pump 14 located inside the thermostat 15 into which water of a given temperature was poured. The heat exchanger is enclosed in a casing, inside of which there is a fan 16. In front of the heat exchanger there is a heater 17, made in the form of a wire spiral, fixed in rows on a frame. The heater is connected through a switch to an adjustable voltage source.
Влажность воздуха в камере задается и поддерживается с помощью регулятора влажности, состоящего из малой 5 и большой 9 емкости, соединенных трубкой и образующих сифон. Малая емкость теплоизолирована от окружающей среды. Внутри нее находится нагреватель 20, соединенный через выключатель с источником регулируемого напряжения.The air humidity in the chamber is set and maintained using a humidity regulator, consisting of a small 5 and large 9 container connected by a tube and forming a siphon. The small container is thermally insulated from the environment. Inside it there is a heater 20 connected through a switch to a source of regulated voltage.
Для имитации ветровой циркуляции в камере используются электрический вентилятор с регулятором скорости вращения, объединенный в единый ветрогенератор 21. Вентилятор закрепляется на стойке 6 в поворотной раме 22, позволяющей изменять его углы наклона по вертикальной и горизонтальной оси, и, тем самым менять направление ветрового потока в широком диапазоне. Принцип работы ветрогенератора следующий: воздушный винт способствует отдуву воздуха и его распространению вдоль поверхности воды мерной кюветы, разрушая установившуюся температурную стратификацию воздуха. Ветрогенератор устанавливался на опорном штативе в заданном положении над мерной кюветой. Данные о скорости потока воздуха, создаваемого вентиляторами и результаты измерений датчиков температуры и влажности модифицируются в электрический выходной сигнал, который регистрируется платой аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 23. Плата АЦП соединяется с персональным компьютером, в котором накапливаются временные ряды массивов значений температуры в различных точках. На основании предварительных экспериментов выбираются оптимальные направления ветрового потока над водной поверхностью для эффективного разрушения температурной стратификации воздуха и высоты для расположения ветрогенератора и датчиков, установленных на стойках 6 и 7.To simulate wind circulation in the chamber, an electric fan with a rotation speed regulator is used, combined into a single wind generator 21. The fan is mounted on a stand 6 in a rotating frame 22, which allows you to change its angles of inclination along the vertical and horizontal axes, and thereby change the direction of the wind flow in wide range. The principle of operation of the wind generator is as follows: the propeller promotes the removal of air and its distribution along the surface of the water of the measuring cell, destroying the established temperature stratification of the air. The wind generator was installed on a support stand in a given position above the measuring cell. Data on the speed of air flow created by fans and the measurement results of temperature and humidity sensors are modified into an electrical output signal, which is recorded by an analog-to-digital converter (ADC) board 23. The ADC board is connected to a personal computer, which accumulates time series of arrays of temperature values in different points. Based on preliminary experiments, the optimal directions of wind flow over the water surface are selected to effectively destroy the temperature stratification of air and height for the location of the wind generator and sensors installed on stands 6 and 7.
Скорость конденсации паров воды атмосферной влаги на водной поверхности в экспериментах определяется через измерение объема сконденсированной воды на открытой поверхности мерной емкости за определенное количество времени.The rate of condensation of water vapor from atmospheric moisture on a water surface in experiments is determined by measuring the volume of condensed water on the open surface of a measuring container for a certain amount of time.
Установка работает следующим образом. В начале эксперимента термостаты 2 и 11 заполняются льдом, а затем в них заливается вода, активируя гидронасосы 10 и 14. Если температура внутри камеры ниже комнатной, то термостат 2 также заполняется льдом, наполняется водой и включается гидронасос 10. Гидронасосы прогоняют воду как термостатирующую жидкость через теплообменник 8 мерной кюветы, а затем через теплообменник 1 регулятора температуры воздуха. Параллельно с этим в термостатирующую емкость 3 наливается вода из термостата 11 так, чтобы она достигала верхнего края теплообменника. После этого мерная кювета 2 помещается на теплообменник, и стойка 6 с ветрогенератором, датчиком температуры и ИК датчиком температуру устанавливается над поверхностью воды. Затем делаются измерения температуры воздуха над поверхностью воды и температуры поверхности воды. По прошествии примерно 15 минут температура вытекающей воды из теплообменника 8 становится равной 1,0-1,2 градуса Цельсия. В это время в емкости 5 и 9 регулятора влажности заливается теплая вода, а вентилятор 16 включается для прогонки воздуха через теплообменник 12. Температура и влажность воздуха в камере регулируются путем изменения напряжения источников питания, подключенных к нагревателям воздуха и воды для создания пара. После достижения заданных параметров температуры и влажности окна климатической камеры закрываются, и крышка, закрывающая термостатирующую емкость и мерную кювету, снимается. После снятия крышки, которая закрывала термостатирующую емкость и мерную кювету, начинается измерительный этап экспериментов. Время начала эксперимента фиксируется, значения температуры, влажности и скорости ветрового воздействия, измеренные датчиками, регистрируются через определенные интервалы времени. По окончании измерений нагреватели регуляторов воздуха и влажности, вентилятор и гидронасосы выключаются. Последний этап эксперимента связан с определением количества сконденсированной водяных паров в камере. Для этого одно из раздвижных окон камеры сдвигается, стойка с термодатчиками удаляется от мерной кюветы, и вода из термостатирующей емкости сливается. Затем сливной шланг вставляется в специальный держатель, закрепленный на мерной кювете, и через сифонный слив вода направляется обратно в ту же колбу, из которой она изначально наливалась. Это позволяет избежать потери воды на стенках колбы. Когда основное количество воды из мерной кюветы переливается в колбу и процесс сифонного перелива прекращается, мерная кювета снимается с теплообменника. Ее наружные стенки и дно осушаются, а остатки воды аккуратно сливаются в стаканчик. Количество сконденсированной воды измеряется мерной колбой с точностью до 0,1 грамма.The installation works as follows. At the beginning of the experiment, thermostats 2 and 11 are filled with ice, and then water is poured into them, activating hydraulic pumps 10 and 14. If the temperature inside the chamber is below room temperature, then thermostat 2 is also filled with ice, filled with water, and hydraulic pump 10 is turned on. Hydraulic pumps drive water as a thermostatic liquid through the heat exchanger of the 8-dimensional cuvette, and then through the heat exchanger 1 of the air temperature regulator. In parallel with this, water is poured into the thermostatic container 3 from the thermostat 11 so that it reaches the upper edge of the heat exchanger. After this, measuring cell 2 is placed on the heat exchanger, and stand 6 with a wind generator, temperature sensor and IR sensor, the temperature is set above the water surface. Then measurements are taken of the air temperature above the water surface and the water surface temperature. After approximately 15 minutes, the temperature of the water flowing out of the heat exchanger 8 becomes equal to 1.0-1.2 degrees Celsius. At this time, warm water is poured into the containers 5 and 9 of the humidity regulator, and the fan 16 is turned on to circulate air through the heat exchanger 12. The temperature and humidity of the air in the chamber are regulated by changing the voltage of the power sources connected to the air and water heaters to create steam. After reaching the specified temperature and humidity parameters, the windows of the climatic chamber are closed, and the lid covering the thermostatic container and measuring cell is removed. After removing the lid that covered the thermostatic container and measuring cell, the measuring stage of the experiments begins. The start time of the experiment is fixed, the values of temperature, humidity and wind speed measured by sensors are recorded at certain time intervals. At the end of the measurements, the heaters of the air and humidity regulators, the fan and the hydraulic pumps are turned off. The last stage of the experiment involves determining the amount of condensed water vapor in the chamber. To do this, one of the sliding windows of the chamber is moved, the stand with temperature sensors is removed from the measuring cuvette, and the water is drained from the temperature-controlled container. The drain hose is then inserted into a special holder attached to the measuring cell, and through the siphon drain the water is directed back into the same flask from which it was originally poured. This avoids water loss on the walls of the flask. When the main amount of water from the measuring cell is poured into the flask and the siphon overflow process stops, the measuring cell is removed from the heat exchanger. Its outer walls and bottom are dried, and the remaining water is carefully poured into a glass. The amount of condensed water is measured with a volumetric flask with an accuracy of 0.1 grams.
Была создана учебная лабораторная установка на основе климатической камеры и разработана методика прямого измерения коэффициентов конденсации паров атмосферной влаги на водную поверхность, которая позволяет проводить изучение влияния на конденсационный сток водного баланса при различных термодинамических и гидроаэродинамических характеристиках воздушной и водной среды. Проведенные на ней эксперименты показали, что с ее помощью существенно повышаются возможности изучения геофизических процессов в гидросфере и атмосфере в результате повышения достоверности решаемых задач при проведении экспериментов. Проделанные лабораторные эксперименты показали применимость созданной установки для воспроизведения характерных особенностей процессов испарения и конденсации атмосферной влаги на водную поверхность с высокоточным поддержанием измеряемых параметров среды и для проведения бесконтактного прямого измерения температуры поверхности воды.A training laboratory installation based on a climate chamber was created and a technique was developed for direct measurement of the condensation coefficients of atmospheric moisture vapor on the water surface, which makes it possible to study the influence of the water balance on the condensation runoff for various thermodynamic and hydro-aerodynamic characteristics of the air and water environment. Experiments carried out on it showed that with its help the possibilities of studying geophysical processes in the hydrosphere and atmosphere are significantly increased as a result of increasing the reliability of the problems being solved when conducting experiments. Laboratory experiments have shown the applicability of the created installation for reproducing the characteristic features of the processes of evaporation and condensation of atmospheric moisture on a water surface with high-precision maintenance of the measured environmental parameters and for conducting non-contact direct measurement of water surface temperature.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816501C1 true RU2816501C1 (en) | 2024-04-01 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1361609A1 (en) * | 1986-01-31 | 1987-12-23 | Институт прикладной физики АН СССР | Device for demonstrating propagation of radio waves |
| KR101555505B1 (en) * | 2014-09-17 | 2015-09-24 | 한국지질자원연구원 | Apparatus to evaluate water waves induced by the size of submarine landslides and method of the same |
| CN106097841A (en) * | 2016-08-22 | 2016-11-09 | 浙江大学 | Object constant speed water outlet experimental provision |
| RU173771U1 (en) * | 2017-04-10 | 2017-09-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) | STAND FOR MODELING THE PROCESSES OF WATER EXCHANGE IN THE SOIL UNDER GROWING ROOT-BEARS ON DROP IRRIGATION |
| RU2748723C1 (en) * | 2020-09-24 | 2021-05-31 | ФГБУН Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Installation for modeling hydrodynamic and convective processes in reservoirs |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1361609A1 (en) * | 1986-01-31 | 1987-12-23 | Институт прикладной физики АН СССР | Device for demonstrating propagation of radio waves |
| KR101555505B1 (en) * | 2014-09-17 | 2015-09-24 | 한국지질자원연구원 | Apparatus to evaluate water waves induced by the size of submarine landslides and method of the same |
| CN106097841A (en) * | 2016-08-22 | 2016-11-09 | 浙江大学 | Object constant speed water outlet experimental provision |
| RU173771U1 (en) * | 2017-04-10 | 2017-09-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) | STAND FOR MODELING THE PROCESSES OF WATER EXCHANGE IN THE SOIL UNDER GROWING ROOT-BEARS ON DROP IRRIGATION |
| RU2748723C1 (en) * | 2020-09-24 | 2021-05-31 | ФГБУН Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Installation for modeling hydrodynamic and convective processes in reservoirs |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bower et al. | A study of the Sherwood–Rayleigh relation for water undergoing natural convection-driven evaporation | |
| Fitzgerald et al. | Effect of vapour velocity on condensate retention between fins during condensation on low-finned tubes | |
| CN106442283B (en) | A kind of analogy method of atmospheric corrosion | |
| Blázquez et al. | Experimental test for the estimation of the evaporation rate in indoor swimming pools: Validation of a new CFD-based simulation methodology | |
| RU2816501C1 (en) | Installation for simulation of moisture exchange processes between air and water environments | |
| Ahsan et al. | Condensation mass transfer in unsaturated humid air inside tubular solar still | |
| Örvös et al. | Rate of evaporation from the free surface of a heated liquid | |
| Harvey | Precision Temperature‐Controlled Water Bath | |
| RU2485463C1 (en) | Device for air thermostatting of calorimetric cell | |
| CN107421855B (en) | A kind of device and its measuring method of steady state method measuring and calculating porous material mass tranfer coefficient | |
| CN111272807A (en) | Experimental system and method for measuring convective mass transfer coefficient | |
| Aldarabseh | Evaporation rate from free water surface | |
| Al-Abbasi et al. | Experimental investigation and CFD modeling to assess the performance of solar air humidifier | |
| CN102521678A (en) | Liquid petroleum product storage life prediction platform and method | |
| Subhakar et al. | Saturated solar ponds: 3. Experimental verification | |
| CN212989127U (en) | Condensate climate simulation test box | |
| Ivanov et al. | Experimental installation for studying hydroaerothermal characteristics of sprinklers and water traps of cooling towers | |
| RU141361U1 (en) | INSTALLATION FOR DETERMINING NON-FROZEN WATER IN FROZEN SOILS AND POROUS MATERIALS | |
| TW200940973A (en) | Experiment facilitating device capable of simulating intertidal zone corrosion | |
| Kaiser et al. | Condensate retention effects on the air-side heat transfer performance of automotive evaporator coils | |
| Harrison | Experimental Measurements of Turbulent Heat Fluxes over Melting Ice | |
| Husain | Performance evaluation of seawater counter flow cooling towers | |
| Gulev et al. | Development of a laboratory complex for measuring the condensation of atmospheric water vapors | |
| Willard | Differential diffusion and salt finger fluxes in a stratified turbulent laboratory system | |
| Vinnichenko et al. | Study of evaporation from water reservoir |