Относительная влажность воздуха

Основные определения

 

Воздух, не содержащий водяного пара, называется сухим;

если же в его состав входит водяной пар, то воздух называется влажным.

 

Влажный воздух в случаях, представляющих интерес для техники, содержит перегретый или сухой насыщенный водяной пар.

 

Воздух может быть и пересыщенным, т.е. содержать влажный пар (например, облака), но этот случай технического интереса не представляет.

 

 

Водяной пар, содержащийся во влажном воздухе, можно рассматривать как идеальный газ.

Закон Дальтона для влажного воздуха

 

 

где р_в и р_п – парциальные давления сухого воздуха и водяного пара в смеси.

 

Абсолютная влажность воздуха – количество пара в килограммах, приходящееся на 1 м³ влажного воздуха.

 

Абсолютная влажность воздуха численно равна плотности содержащегося в нём водяного пара ρ при его парциальном давлении в воздухе р_п и температуре воздуха t.

Рассмотрим в – диаграмме различные состояния водяного пара во влажном воздухе при давлении воздуха р.

 

Точка 1 – водяной пар во влажном воздухе перегрет.

Влажный воздух в таком состоянии, когда содержащийся в нем пар перегрет, называется ненасыщенным, т.к. количество пара в нём при заданной температуре t₁ может быть и больше, чем ρ_п.

 

Максимально возможное содержание водяного пара в воздухе при температуре t₁будет тогда, когда парциальное давление пара р_п станет равным р_н (точка 2). В этом случае влажный воздух будет представлять собой смесь сухого воздуха и сухого насыщенного пара. Такой воздух называется насыщенным.

 

Точка 3 – максимально возможное содержание пара равно плотности пара при параметрах р и t_нр.

 

Если влажный воздух имеет температуру t₂>t_нр (точка 4), то пар в нем всегда перегрет и состояние насыщения не достигается даже в том случае, когда смесь будет состоять из одного лишь пара (точка 5).

 

Высшим пределом парциального давления пара во влажном воздухе при t < t _нр является давление насыщения р_н при данной температуре воздуха, а при этим пределом является само давление влажного воздуха р.

 

Относительная влажность воздуха

 

Относительная влажность – отношение действительного содержания водяного пара во влажном воздухе к максимально возможному содержанию его в том же объеме влажного воздуха при данной температуре

 

 

При величина ρ_макс представляет собой плотность сухого насыщенного пара при данной температуре, т.е. а, при – плотность перегретого пара при данной температуре t и давлении смеси р.

 

Водяной пар во влажном воздухе подчиняется законам идеальных газов, и в частности закону Бойля–Мариотта, согласно которому плотность газа изменяется прямо пропорционально его давлению.

 

При

 

При

 

где р – суммарное давление влажного воздуха.

Если ненасыщенный воздух (точка 1), нагревать при постоянном давлении, то давление насыщения р_н будет увеличиваться, а, поскольку парциальное давление пара р_п остается неизменным, относительная влажность φ = р_п /р_н будет уменьшаться до тех пор, пока температура воздуха не достигнет t_нр, а давление насыщения р_н не станет равным р (точка 2).

При дальнейшем нагревании и числитель и знаменатель формулы для φ, которая принимает вид φ =р_п /р, будут оставаться постоянными, а потому будет оставаться постоянной и относительная влажность.

Если воздух охлаждать при постоянном давлении, то р_н будет уменьшаться, соответственно относительная влажность φ будет увеличиваться. При значении р_н=р_п получаем φ =1, т. е. воздух станет насыщенным.

Дальнейшее охлаждение будет вызывать пересыщение и начнется конденсация пара, при которой влага будет выделяться из смеси в виде росы.

Температура, при которой у влажного воздуха с заданным парциальным давлением пара φ =1, называется температурой точки росы t_р.

 

Влагосодержание и энтальпия влажного воздуха

 

Влагосодержание воздуха d – отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха в смеси, или отношение плотностей пара и сухого воздуха, взятых при соответствующих парциальных давлениях

 

 

Из уравнения состояния , откуда

 

Энтальпия влажного воздуха суммируется из энтальпии 1 кг сухого воздуха и d кг водяного пара

 

, кДж на 1 кг сухого воздуха.

 

Энтальпия сухого воздуха

Энтальпия водяного пара

 

Формула Л.К. Рамзина

 

кДж на 1 кг сухого воздуха

 

I-d – диаграмма влажного воздуха

 

Расчеты процессов, в которых происходит изменение состояния влажного воздуха, производятся графически, с помощью I-d –диаграммы, предложенной в 1918 г. проф. Л.К. Рамзиным.

По оси абсцисс откладывается влагосодержание воздуха d, а по оси ординат – его энтальпия I.

На диаграмму наносится система изотерм t = const, которые в области перегретого пара также изображаются прямыми линиями.

 

Формулу энтальпии можно представить

 

 

где коэффициенты а и b при заданной температуре имеют постоянную величину, – уравнение прямой линии.

 

Кривая φ =1 служит границей рабочей части диаграммы и на ней заканчиваются изотермы.

Линии φ = const поднимаются до изотермы, соответствующей температуре насыщения при заданном барометрическом давлении (при р = 745 мм рт. ст. t_нр = 99,4°С), после чего круто, практически вертикально, поднимаются вверх.

Действительно, при t>t_нр

 

Тогда

,

 

или

 

Таким образом, при t > t_нр величина φ зависит только от влагосодержания и для заданного значения d остается постоянной, сколько бы ни повышалась температура.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: