Основные характеристики состояния влажного воздуха

Атмосферный воздух представляет собой смесь газов (азот, кислород, благородные газы и др.) с некоторым количеством водяного пара. Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, имеет важнейшее значение для процессов, происходящих в атмосфере.

Влажный воздух – смесь сухого воздуха и водяных паров. Знание его свойств необходимо для понимания и расчета таких технических устройств, как сушилки, системы отопления и вентиляции и т.п.

Влажный воздух, содержащий максимальное количество водяного пара при данной температуре, называется насыщенным. Воздух, в котором не содержится максимально возможное при данной температуре количество водяного пара, называется ненасыщенным. Ненасыщенный влажный воздух состоит из смеси сухого воздуха и перегретого водяного пара, а насыщенный влажный воздух – из сухого воздуха и насыщенного водяного пара. Водяной пар содержится в воздухе обычно в небольших количествах и в большинстве случаев в перегретом состоянии, поэтому к нему применимы законы идеальных газов.

Давление влажного воздуха В, согласно закону Дальтона, равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара:

В = р_В + р_П, (2.1)

где В – барометрическое давление, Па, р_В, р_П – парциальные давления соответственно сухого воздуха и водяного пара, Па.

В процессе изобарного охлаждения ненасыщенного влажного воздуха можно достичь состояния насыщения. Конденсация водяного пара, содержащегося в воздухе, образование тумана свидетельствуют о достижении точки росы или температуры росы. Точкой росы называется температура, до которой необходимо охладить влажный воздух при постоянном давлении, чтобы он стал насыщенным.

Точка росы зависит от относительной влажности воздуха. При высокой относительной влажности точка росы близка к фактической температуре воздуха.

Абсолютная влажность ρ_П определяет массу водяного пара, содержащуюся в 1 м³ влажного воздуха.

Относительная влажность φ определяет степень насыщения воздуха водяным паром:

(2.2)

т.е. отношение действительной абсолютной влажности ρ_П к максимально возможной абсолютной влажности в насыщенном воздухе ρ_Н при той же температуре.

Для насыщенного воздуха φ= 1 или 100 %, а для ненасыщенного влажного воздуха φ < 1.

Влагосодержание воздуха d представляет собой отношение массы водяного пара М_П к массе сухого воздуха М_В, содержащихся во влажном воздухе:

(2.3)

Величина влагосодержания, выраженная через парциальные давления:

(2.4)

Как видно из уравнения (2.4) с увеличением парциального давления р_П влагосодержание d возрастает.

Энтальпия влажного воздуха является одним из основных его параметров и широко используется при расчетах сушильных установок, систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Энтальпию влажного воздуха относят к единице массы сухого воздуха (1 кг) и определяют как сумму энтальпий сухого воздуха i_В и водяного пара i_П, кДж/кг:

i = i_В + i_П∙d (2.5)

id – диаграмма влажного воздуха

id – диаграмма влажного воздуха была предложена в 1918г. проф. Л.К. Рамзиным. В диаграмме (рис. 2.1) на оси абсцисс отложены значения влагосодержания d, г/кг, а по оси ординат – энтальпия i влажного воздуха, кДж/кг, отнесенные к 1 кг сухого воздуха. Для лучшего использования площади диаграммы линии i=const проведены по углом 135 ^° к линиям d=const и значения d снесены на горизонтальную линию. Изотермы (t=const) нанесены в виде прямых линий.

По id – диаграмме влажного воздуха для каждого состояния влажного воздуха можно определить температуру точки росы. Для этого из точки, характеризующей состояние воздуха, надо провести вертикаль (линию d=const) до пересечения с линией φ=100%. Изотерма, проходящая через полученную точку, определит искомую точку росы влажного воздуха.

Кривая насыщения φ=100% разделяет id – диаграмму на верхнюю область ненасыщенного влажного воздуха и нижнюю область пересыщенного, в котором влага находится капельном состоянии (область тумана).

id – диаграмму можно использовать для решения задач, связанных с сушкой материалов. Процесс сушки состоит из двух процессов: нагрева влажного воздуха и его увлажнения, вследствие испарения влаги из высушиваемого материала.

Рис. 2.1. id – диаграмма влажного воздуха

Процесс нагревания протекает при постоянном влагосодержании (d=const) и изображается на id – диаграмме вертикальной линией 1-2 (рис. 2.1). Разность энтальпий в диаграмме определяет количество тепла, расходуемого на подогрев 1 кг сухого воздуха:

Q = M_В∙(i₂ - i₁), (2.6)

Идеальный процесс насыщения воздуха влагой в сушильной камере происходит при неизменной энтальпии (i=const) и изображается прямой 2-3′. Разность влагосодержаний дает количество влаги, выделенной в сушильной камере каждым килограммом воздуха:

M_П = М_В∙(d₃ - d₂), (2.7)

Реальный процесс сушки сопровождается уменьшением энтальпии, т.е. i≠const и изображается прямой 2-3.

РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ