Энтальпия влажного воздуха

Тогда плотность влажного воздуха

; (21)

Из этого соотношения следует, что чем больше влажность воздуха (т.е. чем выше парциальное давление водяного пара в воздухе р_п), тем меньше плотность воздуха. Следовательно, влажный воздух всегда легче, чем сухой.

Энтальпия ( 1+d ) кг влажного воздуха Н равна сумме энтальпий 1 кг сухого воздуха h _возд и энтальпии содержащeгося в этом воздухе d кг водяного пара:

Н= h _возд+ h _п d. (22)

Отсчет энтальпии принято производить от 0 ^о С.

Энтальпия водяного пара при температуре t и давлении р определяется из уравнения

( 23 )

где r (0 ^оС ) - теплота парообразования при t =0 ^о С, c _p^п - теплоемкость водяного пара при давлении насыщения при температуре t =0 ^о С (р ₀ = 610,8 Па), последнее слагаемое представляет собой изменение энтальпии с ростом давления на изотерме t. Поскольку водяной пар мы рассматриваем как идеальный газ, учитывая, что теплоемкость идеального газа не зависит от давления, а теплоемкость водяного пара в идеально-газовом состоянии c_p^п для рассматриваемого интервала температур можно принять постоянной (c_p^п =1,93 кДж/кг К), зависимость (23) может быть записана в следующем виде

.

(24)

Поскольку r ( 0 ^о С ) = 2501 кДж/кг,

, кДж/кг(25)

Сухой воздух также рассматривается как идеальный газ. С учетом этого можно записать

(26)

Для рассматриваемого интервала температур c_p^возд = 1 кДж/кгК, следовательно, если h измеряется в кДж/кг, то

(27)

С учетом полученных соотношений энтальпия влажного воздуха запишется следующим образом

кДж/кг.(28)

Мы видим, что энтальпия влажного воздуха не зависит от давления.

В наиболее общем случае влажный воздух может содержать влагу не только в виде пара, но и жидкости (туман) или льда (снега). В этом случае влагосодержание может быть выражено следующим образом:

d = d _п + d _ж + d _т, (29)

где d _ж и d _т - содержание соответственно воды и льда

Выражение для энтальпии такого воздуха можно записать

Н= h _возд+ d _п h _п + d _ж h _ж+ d _т h _т, (30)

h _ж и h _т - энтальпия соответственно воды и льда.

Теплоемкость воды при температурах 0 - 100 ^о С можно принять равной c _p^воды = 4,19 кДж/кгК, тогда энтальпия воды h _ж, содержащейся в воздухе, может быть выражена

h_ж=4,19t, кДж/кг (31)

Энтальпия льда при 0 ^о С меньше энтальпии воды при этой же температуры (принятой равной нулю) на значение теплоты плавления льда 335 кДж/кг, т.е. энтальпия льда при нуле отрицательна и равна h _т ( 0 ^о С ) = -335 кДж/кг. теплоемкость льда равна c _p^т = 2,1 кДж/кгК. Следовательно, энтальпия льда при температуре t равна

h _т (t) = h _т (0 ^о С)+ c _p^т t (32)

или

h _т (t) =- 335 +2,1 t, кДж/кг (33)

Энтальпия влажного воздуха (кДж/кг) равна

Н= t + d _п (2501 + 1,93 t) +4,19 d _ж t + d _т(- 335 +2,1 t), (34)

В том случае, когда в воздухе содержится вода или лед, паросодержание является максимально возможным, т.е. при d _ж > 0 или d _т > 0имеем d _п = d _{s .}

Психрометр - прибор для измерения влажности воздуха. Он состоит из двух ртутных термометров - сухого и мокрого. Мокрый термометр отличается от сухого тем, что его ртутный шарик обернут тканью, смоченной водой. Когда поток влажного воздуха обдувает ртутные шарики этих термометров, сухой термометр показывает температуру влажного воздуха, мокрый термометр показывает температуру, которую имеет вода, содержащаяся во влажной ткани, покрывающей ртутный шарик этого термометра. При обдувании влажного термометра воздухом происходит испарение воды с поверхности мокрой ткани (если влажный воздух не является насыщенным), при этом вода испаряется тем интенсивнее, чем суше воздух, обдувающий ткань, (т.е. чем меньше парциальное давление пара в воздухе). Поскольку на испарение влаги затрачивается теплота, равная теплоте парообразования воды, отбираемая в первую очередь от самой воды, температура влажной ткани будет понижаться. Если бы не было притока теплоты к мокрому термометру извне, из окружающих слоев воздуха, то температура влажной ткани снижалась бы до тех пор, пока не стала бы равна температуре насыщения воды при давлении, равном парциальному давлению водяного пара в воздухе, т.е. температуре точки росы для данного парциального давления пара. В этом случае вода в ткани перестает испаряться и температура будет оставаться неизменной во времени. Измерив эту температуру точки росы и найдя для нее давление насыщения водяного пара (с помощью таблицы или диаграммы), определим парциальное давление водяного пара во влажном воздухе и, следовательно, влажность воздуха.

В действительности, однако, при понижении температуры влажной ткани вследствие появляющейся при этом разности температуры воды в ткани и температуры окружающего воздуха происходит приток теплоты к влажной ткани из близлежащих слоев воздуха. Благодаря этому равновесие (неизменность температуры влажной ткани) устанавливается не при температуре точки росы, а при несколько более высокой температуре - температуре мокрого термометра.

Разность между температурой сухого термометра t_с и температурой мокрого термометра t _м пропорциональна влажности воздуха; чем суше воздух, тем больше разность t _с - t _{м .} Если воздух насыщен паром, то t _с =t _м, так как парциальное давление водяного пара в воздухе равно давлению насыщения водяного пара при этой температуре t _с.

Зависимость влагосодержания d воздуха от t _с и t _м устанавливается путем экспериментов, по результатам которых составляются специальные психрометрические диаграммы или таблицы. С их помощью можно легко по показаниям психрометра определить влагосодержание воздуха.

Дата добавления: 2014-01-20