Максимально возможное парциальное давление водяного пара равно давлению насыщения при данной температуре влажного воздуха. По таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения (табл. П. 2.1) найдем давление насыщения пара при температуре t = 50 о С:
Парциальное давление водяного пара можно найти из определения относительной влажности воздуха (7.5):
Абсолютную влажность воздуха можно найти с использованием таблиц термодинамических свойств перегретого пара (табл. П.2.2) или по уравнению состояния идеального газа (см. задачу 7.3):
,
.
Максимально возможную абсолютную влажность воздух имеет в состоянии насыщения, при этом парциальное давление пара равно давлению насыщения при данной температуре. Тогда:
.
Максимально возможную абсолютную влажность воздуха можно также найти из определения относительной влажности воздуха (7.4):
Молекулярная масса влажного воздуха найдется согласно (7.7):
тогда газовая постоянная влажного воздуха
Плотности влажного и сухого воздуха найдутся по уравнению состояния идеального газа:
Энтальпия влажного воздуха согласно (7.6):
Температура точки росы – это температура насыщения при данном парциальном давлении пара, находится по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара (табл. П. 2.1 или П. 2.2):
.
7.5. Влажный воздух имеет температуру t = 4 о С и давление 740 мм рт. ст. Определить его влагосодержание и энтальпию.
Ответ: ;
7.6. Для сушки макарон используют воздух с температурой t 1 = 25 о С и относительной влажностью φ 1 = 50 %, предварительно нагревая его в воздухоподогревателе до температуры t 2 = 90 о С. Из сушилки воздух выходит с температурой t 3 = 35 о С. Определить параметры воздуха в каждой точке, расход теплоты и воздуха на 1 кг испаряемой влаги. Изобразить процессы в диаграмме h–d .
Решение:
Начальное состояние влажного воздуха определяем в h–d диаграмме (прил. 4) путем пересечения изотермы t 1 = 25 о С с линией φ 1 = 50 % (рис. 7.3, точка 1). Находим:
d 1 = 10 г/кг с.в.; h 1. = 50 кДж/кг с.в.
Процесс нагрева воздуха происходит при постоянном влагосодержании, поэтому из точки 1 проводим вертикальную линию d = const до пересечения с изотермой t 2 = 90 о С, находим точку 2, характеризующую состояние воздуха на выходе из воздухоподогревателя. Получаем:
h 2. = 117,5 кДж/кг с.в.; φ < 5 %.
Далее из точки 2 проводим линию h = const (так как процесс сушки идет при постоянной энтальпии) до пересечения с изотермой t 3 = 35 о С, где находим точку 3, характеризующую состояние воздуха на выходе из сушилки. Для точки 3 имеем:
h 2 = h 3. = 117,5кДж/кг с.в.; d 3 = 32 г/кг с.в.; φ 3 = 90 %.
Изменение влагосодержания в сушилке в расчете на 1 кг сухого воздуха составляет
Тогда для испарения 1 кг влаги потребуется сухого воздуха
.
Влажный воздух состоит из сухого воздуха и водяного пара, поэтому
Тогда расход влажного воздуха с влагосодержанием d 1 в расчете на 1 кг испаренной влаги составит
Расход теплоты в воздухоподогревателе в расчете на 1 кг сухого воздуха составляет
h 2 – h 1 = 117,5 – 50 = 67,5 кДж/кг.
Тогда расход теплоты на 1 кг испаренной влаги (или на 45,5 кг сухого воздуха) составит
Рис. 7.3. К задаче 7.6
7.7. Для сушки древесины используется влажный воздух с температурой 90 о С и относительной влажностью 5 %. Определить расход влажного воздуха, если относительная влажность воздуха на выходе из сушильной камеры 80 %, а количество испаренной влаги составляет 10 кг/ч. Изобразить процесс на диаграмме h–d .
Ответ:
.
7.8. Для сушки материала используют влажный воздух с t 1 = 20 о С и относительной влажностью φ 1 = 60 %, предварительно нагревая его в калорифере до t 2 = 95 о С. Температура воздуха после сушильной камеры t 3 = 35 о С. Вычислить конечное влагосодержание, расход воздуха и количество необходимой теплоты на 1 кг испаряемой влаги.
Ответ: d 3 =33 г/кг с.в; ;
7.9. В воздухоохладитель поступает 100 кг/ч воздуха с температурой 80 о С и относительной влажностью 20 %. Определить часовое количество сконденсировавшейся влаги, если температура на выходе из охладителя 30 о С. Изобразить процесс на диаграмме h–d .
Известно, что атмосфера Земли состоит из смеси газов (азота, кислорода и т. п.) и водяного пара. Его содержание в атмосфере характеризуется влажностью воздуха . Коли-чественная его оценка определяется абсо-лютной и относительной величинами.
Масса водяного пара, который находится при данной температуре в 1 м 3 воздуха, харак-теризует его абсолютную влажность .
Фак-тически это плотность водяного пара в воз-духе при определенной температуре, ведь m / V = ρ .
Влажность воздуха существен-но влияет на развитие флоры и фауны на Земле, жизнь чело-века. Влажность зависит от многих факторов — физическо-го состояния атмосферы, темпе-ратуры, близости морей и океа-нов, других водоемов и т. д.
Согласно закону Дальтона наличие водя-ного пара в атмосфере вызывает парци-альное давление, которое связано с плот-ностью водяного пара ρ соотношением, сле-дующим из уравнения Менделеева-Кла-пейрона :
p = ρ RT / M,
где R — универсальная газовая постоянная, T — температура воздуха, M — его молярная масса. Следовательно, парциальное давле-ние водяного пара может также характе-ризовать абсолютную влажность воздуха .
Абсолютную влажность возду-ха, выраженную через парци-альное давление, иногда на-зывают упругостью водяного пара .
Абсолютная влажность воздуха не дает возможности оценить степень насыщения воздуха водяным паром. Поэтому на прак-тике используют относительную характерис-тику влажности воздуха.
Относительная влаж-ность — это отношение парциального дав-ления водяного пара p при данной темпе-ратуре к давлению насыщенного пара при той же температуре p н:
φ = (p / p н) . 100%.
Как правило, относительную влаж-ность выражают в процен-тах.
Таким образом, чтобы определить отно-сительную влажность воздуха , необходимо знать парциальное давление пара при дан-ной температуре и давление насыщенного пара при этой же температуре.
Парциальное давление пара при данной температуре мож-но найти, определив точку росы.
| Рис. 3.4. Точка росы |
Пусть при определенной температуре воз-духа t 1 (рис. 3.4) водяной пар имеет пар-циальное давление p 1 (точка A). Если воздух охлаждать при том же давлении, то пар будет приближаться к состоянию насыще-ния, поскольку он зависит от температу-ры — чем она ниже, тем меньше будет давление насыщенного пара. В точке B во-дяной пар становится насыщенным, начи-нает конденсироваться; говорят, выпадает роса.
Температура t р, до которой следует изобарно охладить воздух данной влажности, чтобы водяной пар стал насыщенным, на-зывается точкой росы .
Зная температуру точки росы , с помо-щью таблицы можно определить парциаль-ное давление водяного пара воздуха — оно равно давлению насыщенного пара при тем-пературе, равной точке росы.
|
| Рис. 3.5. Внешний вид психрометра |
Таблица 1. Давление и плотность насыщен-ного водяного пара
|
t , ° C |
p н , кПа |
ρ н , Кг /м 3 |
t , ° C |
p н , кПа |
ρ н , Кг /м 3 |
|
0,0048 На этой странице материал по темам:
Вопросы по этому материалу: |
Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, имеет важнейшее значение для процессов, происходящих в атмосфере. Оно оказывает также большое влияние на жизнь растений и животных. Количество водяного пара в воздухе можно выразить при помощи следующих величин: а) давление водяного пара (парциальное, § 239); б) абсолютная влажность воздуха - масса водяного пара в воздуха, выраженная в граммах; в) относительная влажность воздуха - отношение давления пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах. В табл. 24 приведены значения давления насыщенных паров воды при различных температурах, выраженные в миллиметрах ртутного столба, а также абсолютная влажность воздуха, соответствующая этому давлению.
Таблица 24. Давление насыщенного пара воды и абсолютная влажность воздуха в зависимости от температуры
|
Температура, |
Давление насыщенного пара, |
Абсолютная влажность воздуха, |
Давление насыщенного пара зависит также от того, находится ли пар над поверхностью переохлажденной воды или над поверхностью льда. Над льдом давление насыщенного пара меньше, чем над переохлажденной водой при той же температуре (§ 301). Это значит, что если в воздух, содержащий водяной пар вблизи состояния насыщения, внести кусочек льда и капельку переохлажденной воды, то на поверхности льда начнется конденсация, и он будет увеличиваться в размерах, а капелька воды будет испаряться и уменьшаться. Этот процесс имеет очень большое значение при образовании осадков (§ 311).
Для определения влажности воздуха пользуются гигрометром и психрометром.
1. Волосной гигрометр изображен на рис. 503. Основная часть прибора - обезжиренный человеческий волос 1, обладающий способностью удлиняться при увеличении относительной влажности воздуха. Волос 1 навит на ролик 2 и держится в натянутом состоянии грузиком 3. При изменении влажности меняется длина волоса, ролик 2 вращается и движет стрелку 4. Деления шкалы указывают относительную влажность. Если одновременно измерять и температуру воздуха, то можно определить абсолютную влажность воздуха и давление водяного пара.
Рис. 503. Волосной гигрометр
Пусть,
например, относительная влажность равна 50%, а температура воздуха равна . Тогда из табл.
24 находим, что давление насыщенного пара при температуре равно , абсолютная влажность - . Следовательно,
давление (парциальное) водяного пара равно , а в воздуха содержится 
воды в виде
пара.
1. Психрометр изображен на рис. 504. Прибор состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из термометров обернут куском чистого батиста, нижний край которого опущен в небольшой стеклянный стаканчик с дистиллированной водой. Вода смачивает батист и испаряется на шарике термометра, если водяной пар в воздухе не является насыщенным. Вследствие потери тепла на испарение шарик термометра охлаждается и смоченный термометр показывает меньшую температуру, чем сухой. Разница между показаниями термометров тем больше, чем больше отличается давление водяного пара, содержащегося в воздухе, от давления насыщенного пара. По показаниям сухого и смоченного термометров при помощи особых психрометрических таблиц находят давление водяного пара и относительную влажность воздуха.
Рис. 504. Психрометр
При понижении температуры воздуха при постоянной массе водяного пара относительная влажность возрастает, так как чем ниже температура воздуха, тем ближе водяной пар к состоянию насыщения. Наконец, при какой-то определенной температуре относительная влажность становится равной 100%, и дальнейшее понижение температуры приводит к конденсации водяного пара. Появляется туман, «запотевают» окна, на траве оседают капельки росы. Температуру, при которой пар при данном давлении становится насыщенным, или, что то же самое, при которой относительная влажность воздуха становится равной 100%, называют точкой росы. Точку росы легко определить, медленно охлаждая металлический стакан, например, бросая в него кусочки льда, и замечая температуру, при которой стакан запотевает.
Существуют и специальные приборы для определения точки росы, действующие примерно по тому же способу. Зная точку росы, можно определить давление водяных паров и влажность воздуха абсолютную и относительную. Пусть, например, точка росы равна , а температура воздуха равна водяных паров, а температура воздуха равна ?
306.2. Какова масса водяного пара в комнате объемом , если при относительная влажность равна 60%?
306.3. Притемпературе воздуха относительная влажность равна 55%. Выпадет ли роса, если температура воздуха упадет до ?
Воздух является смесью различных газов. Сухой воздух состоит из следующих:
Влажный воздух содержит в качестве дополнительного компонента пары воды. Эти пары присутствуют в окружающем воздухе в небольших количествах. Весовая пропорция паров воды в окружающем воздухе составляет от 0,1 до 2%. Несмотря на незначительное количество воды, присутствующей в воздухе, тем не менее, от влажности в большой мере зависит самочувствие людей и качество многих технологических процессов.
Закон Дальтона гласит, что сумма всех парциальных давлений pi равно общему давлению смеси газов Pобщ.
Так как все компоненты распределены равномерно по всему объему
Таким образом, решающим является пропорциональный объем газа, а не пропорциональный вес. Например, парциальное давление азота (с пропорциональным объемом 78%) при общем давлении 1013 мбар составляет 790 мбар.
Влажный воздух состоит из сухого воздуха и паро воды. Таким образом:
Парциальное давление водяного пара описывает текущее (моментальное) давление паров воды во влажном воздухе:
Примечание: В соответствии с VDI/VDE GMA, давление пара в дальнейшем будет обозначаться символом е.
Давление насыщенного водяного пара.
Давление насыщенного водяного пара Ps (мбар, гПа) описывает максимально возможное давление пара/концентрацию паров воды/парциальное давление водяного пара при определенной температуре. Если давление паров повышается повышается, или понижается температура, образуется конденсат:
Коэффициенты в соответствии с Магнусом (DIN 50010)
Давление насыщенного водяного пара [мбар]
Относительная влажность.
Относительная влажность (%ОВ) определяется как отношение между существующим парциальным давлением водяного пара Pw и давлением насыщенного водяного пара Ps при одинаковом давлении воздуха и одинаковой температуре и выражается в процентах. Относительная влажность показывает, сколько процентов от максимально возможного содержание водяного пара присутствует в воздухе в данный момент.
Относительная влажность выражается в процентном значении, в соответствии с этим определением насыщение достигается при 100% ОВ
Применение: Системы кондиционирования, особенно климат в помещениях.
Температура точки росы.
Температура точки росы (Ctd) – это температура, при достижении которой пары воды в воздухе начинают конденсироваться, т.е. существующее давление водяного пара Pw равняется давлению насыщенного водяного пара Ps. При падении температуры снижается способность воздуха удерживать пары воды.
Применение: В процессах мониторинга остаточной влажности (лучшее разрешение, чем при использовании шкалы %ОВ), а так же в чувствительных к выпадению конденсата процессах для мониторинга выпадения конденсата (температура процесса должна быть выше точки росы)
Абсолютная влажность.
Абсолютная влажность – это количество воды (г/м3) присутствующее в фиксированном объеме 1м3.
Применение: В процессах осушки, для измерения степени осушения
Удельная влажность.
Удельная влажность (г/кг) определяется как отношения массы присутствующей в воздухе воды к массе сухого воздуха.
Применение: Системы кондиционирования.
Температура шарика смоченного термометра.
Температура шарика смоченного термометра все еще является широко используемым параметром, поэтому мы сделали его одним из рассчитываемых параметров для приборов testo 6681/6381/6383.
Температура шарика смоченного термометра обычно определяется при помощи психрометров, которые так же измеряют температуру шарика сухого термометра (температуру процесса).
Классическое устройство психрометра:
Измерительный наконечник смоченного термометра обертывают тканью (как правило, сукном), которое увлажняют дистиллированной водой. Смоченный и сухой термометры помещают в воздушный поток и защищают от теплового излучения. Из-за испарения воды из ткани, температура смоченного термометра падает. Эта температура совместно с температурой сухого термометра является мерой влажности воздуха, которая может быть определена при помощи психрометрических таблиц.
Пример: Температура сухого термометра 22 С, в то время как смоченного – 19С, что составляет психрометрическую разницу 3К. Таким образом, относительная влажность воздуха по таблице составляет 75%.
Применение: кондиционированные камеры/шкафы, традиционные измерительные задачи.
Психрометрические диаграммы для применения в приложениях для кондиционирования воздуха.
Психрометрические диаграммы являются компактным представлением параметров воздуха и составляются по отношению к определенному уровню давления (как правило, к атмосферному давлению). Представленная здесь психрометрическая диаграмма показывает различные параметры влажности (относительную влажность, удельную влажность), а так же температуру и их зависимость друг от друга
Использование психрометрической диаграммы на примере «зимнего случая»/»летнего случая»
Зона комфорта (люди чувствуют себя при этой температуре и уровне влажности) находится между 20 и 26 С и 30 и 65 %ОВ (в соответствии и DIN 1964 и ASHARE)
Зимний случай.
Для того чтобы слишком холодный и сухой зимний воздух был приведен к условиям зоны комфорта, он сначала должен быть нагрет, а затем относительная влажность должна быть повышена, например с помощью адиабатического увлажнителя (воздух при этом охлаждается). Затем воздух снова подогревается и после обогревателя он уже находится в зоне комфорта (см. черные стрелки на диаграмме)
Летний случай.
Для того чтобы слишком теплый и влажный летний воздух был приведен к зоне комфорта, сначала он должен быть охлажден при помощи охладителя. При этом влага из воздуха выпадает в виде конденсата. Затем воздух снова подогревается и после обогревателя он уже находится в зоне комфорта (см. серые стрелки на диаграмме)
Зависимость параметров влажности от температуры и давления
Водяной пар в атмосфере. Водяной пар в воздухе, несмотря на огромные поверхности океанов, морей, озер и рек, не является насыщенным Перемещение воздушных масс приводит к тому, что в одних местах нашей планеты в данный момент испарение воды преобладает над конденсацией, а в других, наоборот, преобладает конденсация. Но в воздухе практически всегда имеется некоторое количество водяного пара.
Парциальное давление водяного пара. Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в суммарное давление, производимое воздухом на находящиеся в нем тела. Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара. Парциальное давление водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления паскалях - или миллиметрах ртутного столба.
Относительная влажность. По парциальному давлению водяного пара еще нельзя судить о том, насколько водяной пар в данных условиях далек от насыщения. А именно от этого зависит интенсивность испарения воды (или ее конденсация) и, следовательно, потеря влаги живыми организмами. Вот почему вводят величину, показывающую, насколько водяной пар при данной температуре далек от насыщения, - относительную влажность.
Относительной влажностью воздуха называют отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:
Точка росы. Охлаждение ненасыщенного пара при постоянном давлении рано или поздно превратит его в насыщенный пар. В этом можно убедиться, если посмотреть на график зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры (рис. 56).
Пусть при температуре парциальное давление водяного пара равно Состояние пара изобразится при этом точкой А. При охлаждении до температуры при пар станет насыщенным и его состояние изобразится точкой В. Температуру при которой водяной пар становится насыщенным, называют точкой росы.
При охлаждении воздуха до точки росы начинается конденсация паров: появляется туман, выпадает роса.
Точка росы характеризует влажность воздуха, так как она позволяет определить парциальное давление водяного пара и относительную влажность. В самом деле, если точка росы известна, то тем самым известно парциальное давление водяного пара Его можно найти с помощью таблицы, в которой приведены значения давления насыщенного пара при различных температурах (см. таблицу на форзаце). Давление насыщенного пара соответствующее температуре также определяется с помощью таблицы. Зная находим относительную влажность:
Гигрометры. Влажность воздуха измеряют с помощью особых приборов: гигрометров и психрометров.
Конденсационный гигрометр позволяет непосредственно определять точку росы. Простейший прибор этого типа представляет собой металлическую коробку К, передняя стенка С которой хорошо отполирована (рис. 57). Внутрь коробки наливают легко испаряющуюся жидкость - эфир - и вставляют термометр. Пропуская через коробку воздух с помощью резиновой груши Г, вызывают сильное испарение йфира и быстрое охлаждение коробки. По термометру замечают температуру, при которой появляются капельки росы на полированной поверхности стенки С. Давление в области, прилегающей к стенке, можно считать постоянным, так как эта область сообщается с атмосферой и понижение
давления за счет охлаждения компенсируется увеличением концентрации пара. Появление росы указывает, что водяной пар стал насыщенным. Зная температуру воздуха и точку росы, можно найти парциальное давление водяного пара и относительную влажность с помощью таблицы зависимости давления насыщенного пара от температуры.
Другой гигрометр, волосной, основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса удлиняться при увеличении относительном влажности
Психрометр. Психрометр состой из двух термометров (рис. 58). Резервуар одного из них остается сухим, и термометр показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружен полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивно идет испарение и тем более высокую температуру показывает термометр, окруженный полоской влажной ткани. При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. По разности температур обоих термометров с помощью специальных таблиц можно определить влажность воздуха. Психрометр позволяет определять влажность с большей точностью, чем гигрометр.
Значение влажности. От влажности воздуха зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной. В космических кораблях наряду с температурой и давлением воздуха поддерживается также наиболее благоприятная для человека относительная влажность
Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды. Хотя количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (около 1 %), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты. Испарение воды сопровождается, наоборот, поглощением теплоты.
В ткацком, кондитерском, табачном и других производствах для нормального течения процесса необходима определенная влажность. Хранение произведений искусства и книг требует поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. Поэтому в музеях на стенах вы можете видеть психрометры.
1. Что называют насыщенным паром? 2. Почему давление насыщенного пара не зависит от объема? 3. Почему давление насыщенного пара увеличивается с ростом температуры быстрее, чем давление идеального газа? 4. Почему температура кипения возрастает с увеличением давления? 5. Что называют критической температурой? 6. Дайте определение относительной влажности воздуха. 7. Как определить относительную влажность по известной точке росы?