Влажного воздуха

Согласно закону Дальтона, давление смеси газов равно сумме парциальных давлений ее компонентов:

p_нл.в. = p_с.в. + p_в.п., (128)

где p_с.в. и p_в.п.– парциальные давления сухого воздуха и водяного пара во влажном воздухе; p_нл.в. – давление влажного воздуха, равное барометрическому давлению.

Чем больше во влажном воздухе водяного пара, тем выше его парциальное давление p_в.п.. При данной температуре влажного воздуха высшим пределом парциального давления водяного пара в нем будет давление насыщения p^н_в.п. .

Водяной пар во влажном воздухе может быть в состоянии сухого (x = 1, t = t_н, r = r_н) насыщенного или перегретого пара. Смесь сухого воздуха и сухого насыщенного пара называется насыщенным влажным воздухом, а смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара – ненасыщенным влажным воздухом.

Если охлаждать ненасыщенный влажный воздух, то он перейдет в состояние насыщенного. Температура, при которой влажный воздух становится насыщенным, называется температурой точки росы (t_p). С увеличением парциального давления температура точки росы повышается.

Основные характеристики влажного воздуха – абсолютная влажность, относительная влажность, влагосодержание и энтальпия.

Количество водяного пара, в килограммах, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Абсолютная влажность равна плотности водяного пара r_в.п. при его парциальном давлении r_в.п. и при температуре влажного воздуха Т. Из уравнения состояния, учитывая, что J = 1/r, получим:

r_в.п. = r_в.п. /R_в.п. T (129)

где r_в.п., r_в.п., R_в.п. – соответственно плотность, парциальное давление и газовая постоянная пара; Т – температура влажного воздуха.

Наибольшая плотность водяного пара достигается в насыщенном влажном воздухе при парциальном давлении и температуре насыщения.

Отношение действительной абсолютной влажности (r_в.п.) влажного воздуха к максимально возможной абсолютной влажности (p^н_в.п.) насыщенного влажного воздуха при той же температуре (Т) называется относительной влажностью воздуха, обозначается j и выражается в %:

j = r_в.п / p^н_в.п. 100. (130)

Измеряют относительную влажность воздуха психрометром.

Согласно закону Бойля-Мариотта, при постоянной температуре Т плотности газов r изменяются прямо пропорционально давлениям. Следовательно, можно записать:

j = r_в.п / p^н_в.п. 100 = r_в.п / p^н_в.п. 100, % (131)

Из данной формулы видно, что для сухого воздуха (r_в.п = 0), j = 0, а для насыщенного влажного воздуха (r_в.п = p^н_в.п. ) j = 100%.

Отношение массы водяного пара M_в.п., содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха M_с.в. называется влагосодержанием воздуха, обозначается d и измеряется в килограммах пара на 1 кг сухого воздуха (кг/кг с. в.):

d = M_в.п / M_{с. в.}. (132)

После несложных преобразований расчетная формула для определения влагосодержания воздуха принимает вид:

d = 0,622 р_в.п / р_{с. в.}.

Максимально возможное, влагосодержание влажного воздуха будет в том случае, если при данной температуре парциальное давление водяного пара в воздухе станет равным давлению насыщения, то есть r_в.п = p^н_в.п., при этом относительная влажность j = 100%:

d_max = 0,622 p^н_в.п. / р_{с. в.}. (133)

Энтальпию (теплосодержание) влажного воздуха (Н, кДж/кг с. в.) широко применяют при расчетах процессов сушки, систем вентиляции, кондиционирования, охлаждения и т. д. (см. приложение 7). Энтальпию, подобно влагосодержанию d, относят к 1 кг сухого воздуха и определяют как сумму энтальпий 1 кг сухого воздуха и d кг водяного пара:

H_в = h_с.в. + d h_в.п. (134)

Удельная энтальпия сухого воздуха:

h_с.в. = c_{p с.в.} t,

где c_{p с.в.} – массовая изобарная теплоемкость сухого воздуха [c_{p с.в.}» 1,0 кДж/(кг ^. К)].

Энтальпия 1 кг водяного пара h_в.п. может быть вычислена по формуле:

h_в.п. = 2500 + 1,97 t. (135)

Тогда

H_в = c_{p с.в.} t + d (2500 + 1,97 t). (136)