Влажный воздух

Влажным воздухом называется механическая смесь сухого воздуха и водяного пара. Влажный воздух является рабочим телом во многих технологических процессах (процесс сушки, кондиционирования). Кол-во водяного пара, входящего в состав влажного воздуха, т.е. его парциальное давление, мало и поэтому пар находится в перегретом состоянии.

В.п. t_s = f(p)

С.в.

С большой степенью точности влажный воздух можно рассматривать как идеальный газ. Влажный воздух называется ненасыщенным если в его состав входят перегретый пар. Воздух называется насыщенным, если в его состав входит сухой насыщенный пар.

Р_в.в. = Р_с.в.+ Р_в.п. – закон Дальтона

Рассмотрим фазовую диаграмму водяного пара, входящего в состав влажного воздуха

2 – 2’ – насыщенный влажный воздух, 2 – 3 – конденсация (появление росы, тумана). t_p – температура точки росы - температура при которой нужно охлаждать ненасыщенный влажный воздух при постоянном давлении, чтобы он стал насыщенным.

P

3’ 2’ T = const

3 2 1

X=0 t_p X=1

u

Основные характеристики влажного воздуха:

1. Абсолютная влажность.

2. Относительная влажность.

3. Влагосодержание.

4. Энтальпия.

Абсолютной влажностью называется количество водяных паров, содержащихся в одном м³ влажного воздуха.

r = - абсолютная влажность численно равна плотности водяных паров, входящих в состав влажного воздуха.

Относительной влажностью называется отношение абсолютной влажности при данных условиях к максимально возможной абсолютной влажности.

;

С большой степенью точности влажный воздух можно рассматривать как идеальный газ. Влажный воздух называется ненасыщенным если в его состав входят перегретый пар. Воздух называется насыщенным, если в его состав входит сухой насыщенный пар.

P_с =

P_п =

где M_с - масса сухой части влажного воздуха;

M_п - масса водяного пара во влажном воздухе;

V - общий объем смеси;

Т - абсолютная температура смеси, К.

При тепловлажностной обработке и изменении свойств влажного воздуха количество его сухой части остается неизменным, поэтому при рассмотрении тепловлажностного состояния воздуха принято его показатели относить к 1 кг сухой части.

Масса водяного пара во влажном воздухе, приходящаяся на 1 кг массы сухой его части, называется влагосодержанием влажного воздуха

d = ,

Для (1 + d) кг влажного воздуха, т.е. для смеси, содержащей 1 кг сухого воздуха и d кг водяного пара, уравнения состояния имеют вид:

P_с · V = R_с · T;

P_п · V =

Разделив первое уравнение на второе, и подставив значения R_с и R_п, получим

d = 622 = 622 ,

Из уравнения (4.9) можно получить зависимость

P_п =

Как видно, парциальное давление водяного пара в ненасыщенном влажном воздухе при определенном барометрическом давлении однозначно определяется влагосодержанием и не зависит от температуры.

Относительной влажностью воздуха называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе заданного состояния, к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре:

φ = %.

Давление насыщенного водяного пара над поверхностью воды или льда Р_н отличается от давления водяного пара в насыщенном влажном воздухе Р_п.н при той же температуре. Это связано с тем, что в присутствии идеального газа, которым является сухой воздух, равновесное давление водяного пара над свободной поверхностью воды зависит не только от температуры, но и от общего давления влажного воздуха. Поскольку на воду воздействует дополнительное давление сухого воздуха, то должно увеличиться давление насыщенного водяного пара во влажном воздухе. Однако удельный объем водяного пара значительно больше удельного объема воды, и если давление жидкой фазы возрастает пропорционально увеличению давления воздуха, то давление насыщенного водяного пара изменяется незначительно.

В общем случае давление насыщенного водяного пара в многокомпонентной системе (например, в атмосферном воздухе) можно рассчитать по формуле

Р_п.н = Р_н · χ,

где χ - корректирующая функция, зависящая от состава сухой части парогазовой смеси, ее общего давления, температуры и агрегатного состояния воды.

В диапазоне температуры от -40 до +50 °С и давлении 100 кПа относительная погрешность при определении давления насыщенного водяного пара в воздухе без учета коэффициента χ носит систематический характер и не превышает 0,55 %.

Поэтому при расчетах систем кондиционирования воздуха можно считать, что Р_п.н = Р_н.

Удельная энтальпия влажного воздуха обычно используется в виде уравнения, поэтому в технике кондиционирования общепринятым является следующее определение: удельная энтальпия влажного воздуха H -это количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесенное к 1 кг сухого воздуха.

Энтальпия смеси газов равна сумме энтальпий компонентов, входящих в смесь. Следовательно, удельная энтальпия влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара.

H = H_с + H_п · d,

где J_с - удельная энтальпия сухого воздуха, кДж/кг с.в.;

J_п - удельная энтальпия водяного пара, кДж/кг п.

Формулы для расчета энтальпии влажного воздуха имеют вид:

- для ненасыщенного воздуха

H = c_с · t + (r + c_рп · t)

- для насыщенного воздуха

H_н = c_с · t_н + (r + c_рп · t_н)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейдлин Техническая термодинамика. Москва, Энергия, 1974.

Дата добавления: 2014-11-18