ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ

§ 15-1. Общие понятия. Абсолютная влажность, влагосодержание и относительная влажность воздуха

Смесь сухого воздуха (не содержащего молекул воды) и водяного пара называют влажным воздухом.

Влажный воздух широко используют в технике, поэтому знать его свойства очень важно. По своему физическому состоянию он близок к идеальным газам.

Влажный воздух при данном давлении и температуре может со­держать разное количество водяного пара. Смесь, состоящую из сухого воздуха и насыщенного водяного пара, называют насыщен­ным влажным воздухом. Парциальное давление водяного пара в этой смеси равно давлению насыщения при данной температуре. Количество пара в каждом кубическом метре такого воздуха числен­но равно плотности сухого насыщенного пара ρ" (кг/м3).

Общее давление влажного воздуха, согласно закону Дальтона, равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара, входящих в его состав:

(15-1)

где рв — парциальное давление сухого воздуха;

рп — парциальное давление водяного пара.

Масса пара в 1 м3 влажного воздуха, численно равная плотности пара ρп при парциальном давлении рп, называется абсолютной влажностью. Если при постоянной температуре t увеличивать влажность воздуха, то плотность водяного пара будет возрастать. Если же температура влажного воздуха будет ниже температуры насыщения водяного пара при давлении смеси, то предельной плот­ностью водяного пара будет плотность сухого насыщенного пара при парциальном давлении его, меньшем, чем давление смеси. В этом предельном состоянии влажный воздух будет представлять собой смесь сухого воздуха и сухого насыщенного водяного пара.

Однако возможен и другой случай, когда температура влажного воздуха будет выше или равна температуре насыщения водяного пара при давлении смеси. Тогда процесс насыщения влажного воздуха водяным паром будет продолжаться до тех пор, пока он

не будет состоять из одного сухого насыщенного водяного пара (ког­да tсм = tн) или из перегретого пара (когда tсм > tн).

Рассмотрим влажный воздух в рv-диаграмме при каком-либо давлении р и различных температурах (рис. 15-1). По оси абсцисс откладываем удельные объемы пара; обратные величины удельных объемов измеряют плотность пара, а по отношению к влажному воздуху — его абсолютную влажность.

Из точки 1 (при давлении р = рп), которая определяет состоя­ние сухого насыщенного пара, проводим изотерму t12. Если рас­сматривать влажный воздух при температуре t34<t12, то он будет насыщенным тогда, когда пар в воздухе будет сухим насыщенным, т. е. когда влажному воздуху будет соответствовать максимальное значение абсолютной влажности. Этому значению соответствует точка 3 сухого насыщенного пара (появление тумана здесь не рас­сматривается).

Из рv-диаграммы видно, что насыщенный воздух при темпера­турах, меньших t12, представляет собой смесь сухого воздуха и насыщенного пара. В общем виде р = рв + рп, где рв — пар­циальное' давление сухого воздуха, а рп — парциальное давле­ние насыщенного пара во влажном воздухе. При температуре t12 влажный воздух будет насыщенным тогда, когда пар будет в состоя­нии, характеризуемым точкой 1. В этом случае влажный воздух со­стоит только из сухого насыщенного пара, так как рп = р, а рв = 0. При давлении р и температуре t56>t12 влажный воздух будет насы­щенным тогда, когда состояние пара характеризуется точкой 6. В этом случае пар будет перегретым, и насыщенный воздух состоит только из перегретого пара, так как давление рп = р, а рв = 0.

Влажный воздух, который не содержит при данном давлении и температуре максимально возможное количество водяного пара, называют ненасыщенным. Ненасыщенный влажный воздух представ­ляет собой смесь сухого воздуха и перегретого пара, что видно из рv-диаграммы (см. рис. 15-1). Парциальное давление перегретого пара в смеси будет меньше давления насыщения при данной темпе­ратуре. Количество перегретого пара в 1 м3 воздуха численно равно плотности перегретого пара, но меньше численной величины плот­ности сухого насыщенного пара. Охлаждая воздух, а следователь­но, и перегретый пар при каком-либо постоянном давлении р, на­пример, по линии 7-8, можно довести перегретый пар до состояния насыщения, характеризуемой точкой 8. Это будет тогда, когда тем­пература воздуха станет равной температуре насыщения при дан­ном парциальном давлении водяного пара. Эту температуру назы­вают температурой точки росы.

Отношение массы пара тп во влажном воздухе к массе сухого воздуха тв в нем называют влагосодержанием воздуха и измеряют в кг/кг или г/кг:

(15-2)

Следовательно, величина а измеряет массу пара, содержащегося в 1 кг сухого воздуха или в (1 + d) кг влажного воздуха. Величину влагосодержания d можно определить следующим образом. Урав­нения состояния для 1 кг сухого воздуха и водяного пара, входя­щих в V м3 влажного воздуха,

разделим почленно

(15-3)

Подставив в уравнение (15-3) значение Рв из уравнения (15-1), найдем величину влагосодержания:

(15-4)

Из уравнения (15-4) видно, что с увеличением парциального давления пара рп влагосодержание d увеличивается.

Максимальное значение влагосодержания зависит от темпера­туры и давления влажного воздуха. Если температура влажного воздуха будет ниже температуры насыщения водяного пара при дав­лении смеси, то максимальное влагосодержание будет определять­ся отношением давления насыщенного водяного пара при темпера­туре смеси к парциальному давлению воздуха.

Если температура влажного воздуха будет более высокой или равной температуре насыщения водяного пара при давлении смеси, предельное значение влагосодержания равно бесконечности, так как в этом случае влажный воздух будет состоять из одного сухого насыщенного, или перегретого, водяного пара.

Отношение действительной абсолютной влажности ненасыщен­ного воздуха к максимально возможной абсолютной влажности воздуха при той же температуре называют относительной влаж­ностью и обозначают φ:

(15-5)

Относительная влажность воздуха может изменяться в пределах от φ = 0 (сухой воздух) до φ = 1 (воздух насыщенный влагой). Из уравнения Клапейрона следует

откуда

(15-6)

Относительная влажность воздуха, если его считать идеальным газом, численно равна отношению парциального давления водяного пара в нем к максимально возможному давлению водяного пара при температуре смеси.

Если температура влажного воздуха ниже или равна температуре насыщения водяного пара при давлении влажного воздуха, то Рмакс равно давлению насыщенного пара р» при температуре смеси.



Если же температура влажного воздуха выше температуры на­сыщения при давлении смеси, то рмакс равно давлению влажного воздуха р.

Из уравнений (15-4) и (15-6) можно получить выражение, свя­зывающее влагосодержание с относительной влажностью:

Из этого выражения следует, что в области, где температура влажного воздуха выше температуры насыщения водяного пара при давлении смеси, т. е. когда рмакс = р, относительная влажность зависит только от влагосодержания и при d = const меняться не будет.

Понижая температуру ненасыщенного влажного воздуха (φ<1) при постоянном давлении, его можно довести до состояния насыще­ния (φ = 1). Это произойдет в тот момент, когда температура воз­духа станет равной температуре сухого насыщенного пара при дан­ном парциальном давлении его в воздухе. При дальнейшем охлажде­нии влажного воздуха из него начнет выделяться вода в виде тумана или росы. Температура точки росы tp определяется при помощи ги­грометра, а парциальное давление пара рп при помощи психрометра. Зная температуру точки росы и температуру воздуха, по таблицам водяного пара можно определить давления pп и pмакс, а по формуле (15-6) вычислить относительную влажность воздуха

Простейший конденсационный гигрометр состоит из металличе­ского тонкостенного цилиндрического сосуда, стенки которого тща­тельно отполированы. Сосуд заполняется эфиром. Если через эфир прокачивать воздух, то часть эфира испарится и температура его понизится. Практически температура эфира равна температуре стенок цилиндра. Охлаждение эфира производят до тех пор, пока на полированной металлической поверхности сосуда не появится роса. В этот момент замечают температуру эфира, которая будет соответствовать температуре точки росы. Появление росы свиде­тельствует о переходе прилегающего слоя воздуха у стенок сосуда в состояние насыщения. Пользуясь таблицами для насыщенного водяного пара, можно по температуре точки росы определить пар­циальное давление водяного пара во влажном воздухе.

Такое определение парциального давления и в дальнейшем от­носительной влажности при помощи гигрометра нельзя признать достаточно точным.

Более точно относительная влажность и влагосодержание влаж­ного воздуха определяются при помощи психрометра. Психрометр состоит из двух термометров: сухого и мокрого. Шарик ртути мок­рого термометра обернут тонким слоем ткани, которая непрерывно смачивается водой. С поверхности материи на шарике испаряется вода и он показывает более низкую температуру, чем сухой тер­мометр. Очевидно, что сухой термометр будет показывать дейст­вительную температуру влажного воздуха tс, а мокрый показывает температуру испаряющейся воды tм. Зная психрометрическую разность температур tс — tМ) можно по специальным психромет­рическим таблицам определить относительную влажность и влаго­содержание воздуха.

 






Дата добавления: 2015-04-15; просмотров: 708; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2017 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.012 сек.