Диаграмма водяного пара во влажном воздухе

Влажный воздух — это смесь сухого воздуха и водяного пара. В воздухе при определенных условиях кроме водяного пара может находиться его жидкая (вода) или кристаллическая (лед, снег) фаза. В естественных условиях воздух всегда содержит водяной пар.

Влажный воздух можно рассматривать как смесь сухого воздуха и водяного пара (жидкую и твердую фазы воды в воздухе пока считаем отсутствующими).

Используя законы для смесей газов, получим, что давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара:

Для наглядности представления основных характеристик влажного воздуха изобразим в Р,v- диаграмме (рис.8.1) состояния водяного пара во влажном воздухе. В качестве определяющих параметров водяного пара во влажном воздухе используются температура воздуха t и парциальное давление водяного пара Р_П.

Водяной пар во влажном воздухе может находиться в трех состояниях (рис.8.1): точка 1 — перегретый пар, точка 2 — сухой насыщенный пар, точка 3 — влажный насыщенный пар (сухой насыщенный пар плюс капельки жидкости в состоянии насыщения). Высшим пределом парциального давления водяных паров при данной температуре воздуха t является давление насыщения пара

Абсолютная влажность ρ — это массовое количество водяных паров в одном кубическом метре влажного воздуха. Для ее определения используется величина, обратная удельному объему водяного пара при Р_П и t, ρ=1/v (кг/м 3 ). Действительно, по закону Дальтона водяной пар занимает весь объем смеси, а его плотность соответствует массе водяного пара в одном кубическом метре влажного воздуха.

Необходимо отметить, что абсолютная влажность воздуха характеризует содержание в воздухе только одной — паровой фазы воды.

Относительная влажность φ — это отношение абсолютной влажности к максимально возможной влажности воздуха при данной температуре:

где ρ» и v» — максимальная абсолютная влажность воздуха и удельный объем сухого насыщенного водяного пара при данной t.

Относительная влажность воздуха характеризует потенциальную возможность воздуха испарять влагу и забирать в себя пар из окружающей среды при данной температуре.

Максимальное содержание пара в воздухе соответствует точке 2 в Р,v- диаграмме, где пар сухой насыщенный. При переходе в область влажного пара при данной t (точка 3) в воздухе количество сухого насыщенного пара остается постоянным (соответствует точке 2) (для паровой фазы воды в этом случае удельный объем остается неизменным, v»=const, и минимально возможным при данной температуре воздуха), только к нему добавляются капельки воды в состоянии насыщения.

Различают 3 состояния влажного воздуха:

1.Ненасыщенный влажный воздух — φ 2. Насыщенный влажный воздух — φ=100 %, Р_п=Р_н, &#961=&#961″, водяной пар во влажном воздухе в виде сухого насыщенного (точка 2).

3. Перенасыщенный влажный воздух — φ=100 %, Р_п=Р_н, &#961=&#961″, кроме сухого насыщенного пара в воздухе находятся капельки воды в состоянии насыщения или льда, снега (точка 3 при наличии капелек воды).

Источник статьи: http://ispu.ru/files/u2/book2/TD1_19-06/ttd8-1.htm

i-d диаграмма влажного воздуха

Справка по i-d диаграмме.

Влажный воздух – это смесь сухого воздуха c водяным паром. Свойства влажного воздуха характеризуются следующими основными параметрами: температура по сухому термометру t, барометрическое давление P_б, парциальное давление водяного пара P_п, относительная влажность φ, влагосодержание d, удельная энтальпия i, температура точки росы t_р, температура мокрого термометра t_м, плотность ρ.

i-d диаграмма представляет собой графическую зависимость между основными параметрами воздуха t, φ, d, i при определённом барометрическом давлении воздуха P_б и используется для визуализации результатов расчёта процессов обработки влажного воздуха.

i-d диаграмма впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Л. К. Рамзиным.

Диаграмма построена в косоугольной системе координат, что позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха и делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат диаграммы отложены значения удельной энтальпии i, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси i, отложены значения влагосодержания d. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений удельной энтальпии i=const и влагосодержания d=const. На диаграмму нанесены также линии постоянных значений температуры t=const, которые не параллельны между собой, а чем выше температура влажного воздуха, тем больше изотермы отклоняются вверх. На поле диаграммы нанесены также линии постоянных значений относительной влажности φ=const.

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

Влагосодержание – это масса водяного пара во влажном воздухе, приходящаяся на 1 кг массы сухой его части.

Удельная энтальпия – это количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесённое к 1 кг сухого воздуха.

i-d диаграмма кривой φ=100% разбита на две области. Вся область диаграммы, лежащая выше этой кривой, характеризует параметры ненасыщенного влажного воздуха, а ниже — область тумана.

Туман является двухфахной системой, состоящей из насыщенного влажного воздуха и взвешенной влаги в виде мельчайших капель воды или частичек льда.

Для расчёта параметров влажного воздуха и построения i-d диаграммы используются четыре основных уравнения:

1) Давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью воды (t > 0) или льда (t ≤ 0), кПа:

Pн = 0,6112·exp[ α·t ] β + t

[1] (3.12)

где α_в, β_в – постоянные для воды, α_в = 17,504, β_в = 241,2 °С

α_л, β_л – постоянные для льда, α_л = 22,489, β_л = 272,88 °С

2) Относительная влажность φ, %:

φ = Pп ·100% Pн

[1] (4.7)

3) Влагосодержание d, г/кг с.в.:

d = 621,98· Pп Pб — Pп

[3] 6 (23)

где P_б — барометрическое давление, кПа

4) Удельная энтальпия влажного воздуха i, кДж/кг с.в.:

i = 1,006·t + d ·(2501 + 1,805·t) 1000

[3] 6 (32)

Температура точки росы – это температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания.

Для отыскания температуры точки росы на i-d диаграмме через точку, характеризующую состояние воздуха, нужно провести линию d=const до пересечения с кривой φ=100%. Температура точки росы является предельной температурой, до которой можно охладить влажный воздух при постоянном влагосодержании без выпадения конденсата.

Температура мокрого термометра – это температура, которую принимает ненасыщенный влажный воздух с начальными параметрами i₁ и d₁ в результате адиабатного тепло- и массообмена с водой в жидком или твёрдом состоянии, имеющей постоянную температуру t_в=t_м после достижения им насыщенного состояния, удовлетворяющего равенству:

iн = i1 + (dн — d1) ·cв·tм

[2] (4.21)

где c_в – удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг·°C)

Разность i_н — i₁ обычно невелика, поэтому процесс адиабатного насыщения часто называют изоэнтальпийным, хотя в действительности i_н = i₁ только при t_м = 0.

Для отыскания температуры мокрого термометра на i-d диаграмме через точку, характеризующую состояние воздуха, нужно провести линию постоянной энтальпии i=const до пересечения с кривой φ=100%.

Плотность влажного воздуха определяется по формуле, кг/м 3 :

ρ = 3,483· Pб — 1,317· Pп T T

[2] (4.25)

где T – температура в градусах Кельвина

Количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха, можно рассчитать по формуле, кВт:

Qт = Gс · (i2 — i1)

Количество теплоты, отводимое от воздуха при охлаждении, кВт:

Qх = Gс · (i1 — i2)

где i₁, i₂ – удельная энтальпия в начальной и конечной точках соответственно, кДж/кг с.в.

G_с – расход сухого воздуха, кг/с

Gс = Gв 1 + d 1000

где G_в – расход влажного воздуха, кг/с

d – влагосодержание, г/кг с.в.

Массу сконденсированной влаги вычисляют по формуле, кг/с:

Мв = Gс · (d1 — d2)

где d₁, d₂ – влагосодержание в начальной и конечной точках соответственно, г/кг с.в.

При смешении двух потоков воздуха влагосодержание и удельную энтальпию смеси определяют по формулам:

d3 = Gс1 · d1 + Gс2 · d2 Gс1 + Gс2

i3 = Gс1 · i1 + Gс2 · i2 Gс1 + Gс2

На диаграмме точка смеси лежит на прямой 1-2 и делит её на отрезки, обратно пропорциональные смешиваемым количествам воздуха:

1-3 = Gс2 3-2 Gс1

Возможен случай, когда точка смеси 3* окажется ниже линии φ=100%. В этом случае процесс смешения сопровождается конденсацией части содержащегося в смеси водяного пара и точка смеси 3 будет лежать на пересечении линий i_3*=const и φ=100%.

На представленном сайте на странице «Расчёты» можно рассчитать до 8 состояний влажного воздуха с построением лучей процессов на i-d диаграмме.

Чтобы определить начальное состояние, нужно указать два параметра из четырёх (t, φ, d, i) и расход сухого воздуха L_с*. Расход задаётся в предположении плотности воздуха 1,2 кг/м 3 . Отсюда определяется массовый расход сухого воздуха, используемый в дальнейших вычислениях. В выходную таблицу выводятся фактические значения объёмного расхода воздуха, соответствующие реальной плотности воздуха.

Новое состояние можно вычислить, определив процесс и задав конечные параметры.

На диаграмме отображаются следующие процессы: нагрев, охлаждение, адиабатическое охлаждение, пароувлажнение, смешение и общий процесс, определяемый двумя любыми параметрами.

Процесс	Обозначение	Описание
Нагрев	O	Вводится заданная конечная температура, либо заданная тепловая мощность.
Охлаждение	C	Вводится заданная конечная температура, либо заданная холодильная мощность. Этот расчет основан на допущении, что температура поверхности охладителя остается неизменной, и начальные параметры воздуха стремятся в точку с температурой поверхности охладителя при φ=100%. Как будто происходит смешение воздуха начального состояния с полностью насыщенным воздухом у поверхности охладителя.
Адиабатическое охлаждение	A	Вводится заданная конечная относительная влажность, либо влагосодержание, либо температура.
Пароувлажнение	P	Вводится заданная конечная относительная влажность, либо влагосодержание.
Общий процесс	X	Вводятся значения двух параметров из четырёх (t, φ, d, i), являющиеся конечными для заданного процесса.
Смешение	S	Этот процесс определяется без задания параметров. Используются два предыдущих значения расхода воздуха. Если при смешении достигается максимально допустимое влагосодержание, то происходит адиабатическая кондесация водяных паров. В результате вычисляется количество сконденсированной влаги.

1. Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учеб. пособие. — СПб.: СПбГАХПТ, 1998. — 146 c.

2. Справочное пособие АВОК 1-2004. Влажный воздух. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2004. — 46 с.

3. ASHRAE Handbook. Fundamentals. — Atlanta, 2001.

Источник статьи: http://iddiagram.ru/help.php

Влажный воздух. Параметры влажного воздуха.

Для человека воздух — это и окружающая среда и пища для лёгких и источник кислорода. Не смотря на то, что воздух не улавливается ни одним из пяти чувств (он прозрачен, без вкуса и запаха, бесшумен и неосязаем), о его существовании известно достаточно давно. Его свойства изучены, значение общепризнанно и он не вызывал бы у нас никаких вопросов и сложностей в быту, если бы не наличие в нём ещё одного уникальнейшего вещества — воды, точнее — водяного пара.

Пряжа из мохера купить купить пряжу на бобине мохер домпряжи.рф.

Влажный воздух

Итак, смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. Именно влажный воздух окружает нас повсеместно, именно он сушит бельё после стирки, постепенно опустошает ёмкость с водой, а иногда напоминает о себе запотевшими стеклами и конденсатом на поверхности холодного предмета. Он может способствовать накоплению статического электричества на металлических поверхностях, развитию астмы у людей, иссушать растения, ухудшать наше самочувствие в теплую погоду. Попробуем же разобраться с его свойствами, характеристиками и процессами! Перед нами — влажный воздух!

Влажный воздух, как мы уже определились, это смесь сухого воздуха с водяным паром, причем смесь эта не находится в состоянии равновесия, т.е. постоянно меняется, и именно эта неравновесность представляет огромную сложность в изучении. Без неё книги о влажном воздухе превратились бы в пару абзацев.

Как и у любого вещества, у влажного воздуха есть основные параметры, определяющие его состояние, и достаточно трех независимых из них, чтобы полностью определить его состояние. Однако, из-за сложности ввиду неравновесности, а также для удобства описания процессов обычно выделяют 6 основных параметров влажного воздуха. Перечислим их:

1. Давление (абсолютное), P, атм;
2. Температура, t, К или С;
3. Относительная влажность, φ, %;
4. Энтальпия, i, кДж/кг*С;
5. Влагосодержание, d, г/кг;
6. Парциальное давление водяного пара, p_п, Па.

I-d диаграмма влажного воздуха

Наиболее полное представление о возможных состояниях влажного воздуха с использованием всех шести вышеперечисленных параметров даёт I-d диаграмма влажного воздуха (Диаграмма Рамзина):

Она выполняется для какого-либо определенного давления и на ней изображены изолинии по оставшимся пяти параметрам. Очевидно, что наиболее распространена диаграмма, построенная для давления в одну атмосферу (см. рис. выше). В случае, если необходимо исследовать влажный воздух при различных давлениях, существует соответствующая диаграмма с линиями изобар.

Но мы обратимся к диаграмме Рамзина. Ещё раз особо отметим, что диаграмма построена строго для определенного давления, а потому один из трех независимых параметров уже задан. Это следует помнить всегда!

Итак, давление задано, по оси ординат отсчитывается температура (t), по оси абсцисс — влагосодержание (d), вправо вниз наклонены линии постоянной энтальпии (i), справа по вертикали — ось парциальных давлений (p_п), а единственные изогнутые линии — это показатели относительной влажности (φ). Сложность в определении, пожалуй, вызывает только парциальное давление. Для этого от заданной точки опускается вертикаль вниз до пересечения с наклонной прямой под жирной пограничной линией (φ=100%) и далее горизонталь вправо подскажет искомое значение. Кстати, точка пересечения вертикали с пограничной кривой — это точка росы — ещё одно важнейшее понятие, его также следует запомнить. Ещё одно часто встречающийся термин — температура влажного термометра, она же температура насыщенного воздуха. За линию с заданной постоянной температурой влажного термометра с высокой точностью можно принять изоэнтальпу, проходящую через точку росы, обладающую заданной температурой.

Увеличить

Пример. На рисунке показаны: Cиним — точка с температурой 19С и парциальным давлением 1000Па, Красным — точка росы, соответствующая синей точке, Зеленым (жирной линией) — изотерма мокрого термометра 15С.

Параметры влажного воздуха

Но мы, наверное, уже далеко забрались, так и не объяснив, что такое влагосодержание, энтальпия и уж тем более парциальное давление водяного пара. Начнём с простого. Касательно температуры и давления вопросов, я думаю, не возникает.

Влагосодержание

Воздух, не содержащий водяного пара, называется сухим. Если сухому воздуху показать каплю воды, он мгновенно её испарит и станет влажным. Итак, влагосодержание — это отношение массы воды к массе сухого воздуха, в котором эта вода испарилась. Однако, продолжим: вторую каплю он также испарит, но немного медленнее. Третья капля испарится ещё медленнее. Наконец, на N-ной капле воздух «устанет» вбирать в себя воду. Он насытится ею, «напьется водой». Это будет насыщенный влажный воздух (та самая жирная линия на диаграмме).

Парциальное давление водяного пара

Встаёт вопрос, почему всё так происходит? Видимо, что-то толкает воздух впитывать в себя влагу до определенного момента. Что это за движущая сила? Для примера вспомним горячую плиту на кухне. Воздух вокруг неё нагревается, и для нас очевидно, что движущей силой является разность температур между плитой и воздухом. Воздух будет греться до тех пор, пока плита не остынет, т.е. не станет той же температуры, что и воздух — процесс прекратится.

Вернёмся к влажному воздуху. Он в своём составе имеет водяной пар. Парциальным давлением водяного пара влажного воздуха называется то давление, которое обретет водяной пар в замкнутом объёме, если из этого объема убрать весь сухой воздух. Очевидно, что в воздухе водяного пара совсем мало (об этом нам говорит влагосодержание, которое измеряется величинами порядка 0.005. 0.03 кг/кг), а, значит, при исчезновении сухого воздуха из некого объёма, оставшийся пар будет вполне вольготно себя чувствовать в предоставленном объеме, следовательно, иметь низкое давление. Это означает, что и парциальное давление водяного пара достаточно низко. Действительно, оно измеряется тысячами Паскалей, а ведь атмосферное давление воздуха равно примерно ста тысячам Паскалей. Снова вернемся к поглощаемым каплям.

Движущей силой процесса испарения служит именно разность парциальных давлений. У капли воды оно равно некоторой величине, а у сухого воздуха — нулю. Процесс испарения максимально активен. Далее, парциальное давление водяного пара растет, процесс замедляется и заканчивается в условиях их равенства. Водяным паром во влажном воздухе достигнуто давление насыщения. Оно же называется давлением насыщенного водяного пара. Сама же кривая насыщения — это известная нам жирная линия.

Относительная влажность

Следующий вопрос: как определить, насколько имеющийся влажный воздух насыщен водяным паром? Другими словами, каково отношение текущего давления водяного пара к давлению насыщения? На этот вопрос в точности отвечает относительная влажность, разве что для удобства измеряется она в процентах, а потому упомянутое отношение умножается на 100%. Итак, относительная влажность — это отношение текущего давления водяного пара к максимально возможному для данной температуры.

Энтальпия

Далее, любое вещество обладает некоторой энергией. Очевидно, его энергия тем больше, чем выше температура. Для сухого воздуха это единственный параметр, определяющий энтальпию. Однако для влажного воздуха следует учесть, что при той же температуре он включает в себя и энергию испаренной влаги — энтальпия влажного воздуха зависит и от температуры и от влагосодержания. Причем при той же температуре в зависимости от влагосодержания разброс энтальпий может быть огромен — и 100 и 200 и 300% — чем выше температура, тем выше. Это невооруженным глазом видно из I-d-диаграммы: чем выше температура, тем выше рассматриваемая изотерма и тем больше наклонных изоэнтальп её пересекает. Итак, энтальпия влажного воздуха — это сумма энтальпий сухого воздуха и водяного пара, причем первая пропорциональна температуре (коэффициент пропорциональности — теплоемкость сухого воздуха), а вторая пропорциональна влагосодержанию.

Процессы изменения параметров влажного воздуха

Оборудование, так или иначе связанное в своей работе с влажным воздухом, меняет его параметры — увеличивает температуру, добавляет в него влагу или осушает и т.д. Для проектирования и расчета режимов работы этого оборудования необходимо знать основные характеристики и методы реализации процессов изменения параметров влажного воздуха.

Выделяют следующие процессы, которые будут рассмотрены в соответствующих статьях:

Источник статьи: http://aboutdc.ru/page/354.php