Удельного объема влажного воздуха от парциального давления водяного пара

Содержание

1.5 Основные параметры влажного воздуха
Внимание! Важное определение:
Основные параметры влажного воздуха

1.5 Основные параметры влажного воздуха

Окружающий нас атмосферный воздух является смесью газов. Он практически всегда бывает влажным. Водяные пары, в отличие от других составляющих смеси, могут находиться в воздухе, как в перегретом, так и в насыщенном состоянии. Содержание водяных паров в воздухе изменяется, как в процессе влажностной обработки его в приточных вентиляционных системах и кондиционерах, так и при ассимиляции воздухом выделений влаги в помещении. Сухая часть влажного воздуха обычно содержит (по объёму): около 75% азота, 21% кислорода, 0,03% углекислоты и незначительное количество инертных газов- аргон, неон, гелий, ксенон, криптон), водорода, озона и других. Указанные компоненты газовой смеси воздуха составляют его сухую часть, прочая часть воздушной массы это водяные пары.

Воздух рассматривается как смесь идеальных газов, что позволяет использовать законы термодинамики для получения расчётных формул.

Согласно закону Дальтона, каждый газ смеси, составляющий воздух, занимает свой объём, имеет своё парциальное давление

и имеет одинаковую температуру с другими газами этой смеси.

Внимание! Важное определение:

Сумма парциальных давлений каждого из составляющих смеси равна полному барометрическому давлению воздуха.

Рассмотрим понятие, что такое парциальное давление?

Парциальное давление – это давление, которое имел бы газ, входящий в состав этой смеси, если бы он находился в том же количестве, в том же объёме и при той же температуре, что и в смеси.

В расчётах вентиляции влажный воздух мы рассматриваем как бинарную смесь, т.е. смесь двух газов, которая состоит из водяных паров и сухой части воздуха. Сухую часть воздуха мы условно принимаем однородным газом.

Таким образом, барометрическое давление равно сумме парциальных давлений сухого воздуха P_с.в. и водяного пара P_п, т.е.,

При обычных условиях в помещении, когда давление водяного пара Р_п приблизительно равно 15 мм. рт. ст., доля второго члена P_с.в. в формуле барометрического давления, учитывающая разницу плотности влажного и сухого воздуха, при прочих равных условиях составляет всего 0,75% величины плотности сухого воздуха ρ_с.в.. Поэтому в наших инженерных расчётах считается, что

При изменении влажности воздуха в вентиляционных процессах масса его сухой части остаётся неизменной. Исходя из этого, принято относить массу водяных паров, содержащихся в воздухе, к 1 кг. сухой части воздуха.

Перейдём непосредственно к тем физическим величинам, которые определяют параметры влажного воздуха. Именно совокупность этих параметров определяет состояние влажного воздуха:

это величина, характеризующая степень нагретости тела. Она представляет собой меру средней кинетической энергии поступательного движения молекул. В настоящее время используется температурная шкала Цельсия и термодинамическая шкала температур Кельвина, которая основана на втором законе термодинамики. Между температурами, выраженными в градусах Кельвина и градусах Цельсия, имеется соотношение, а именно:

T, K = 273,15 + t °C

Важно отметить, что параметром состояния является абсолютная температура, выраженная в Кельвинах, но градус абсолютной шкалы численно равен градусу Цельсия, т.е.

dT = dt.

Влажность воздуха характеризуется массой содержащегося в нём водяного пара. Массу водяного пара в граммах, приходящегося на 1 кг сухой части влажного воздуха, называют влагосодержанием воздуха d, г/кг.

Величина d равна:

где: B – барометрическое давление, равное сумме парциальных давлений сухого воздуха.
P_с.в. и водяного пара P_п;
P_п – парциальное давление водяного пара в ненасыщенном влажном воздухе.

Влагосодержание воздуха может быть различным, однако его максимальная величина при данной температуре строго определена полным насыщением воздуха водяными парами. В связи с этим, для характеристики степени увлажнённости пользуются показателем относительной влажности воздуха φ.

Величина φ равна отношению парциального давления водяного пара в ненасыщенном влажном воздухе P_п. к парциальному давлению водяного пара в насыщенном влажном воздухе P_н.п. при одной и той же температуре и барометрическом давлении, т.е.,

При относительной влажности 100% воздух полностью насыщен водяными парами, и его называют насыщенным влажным воздухом, а водяные пары, содержащиеся в этом воздухе, находятся в насыщенном состоянии.

Если φ 2 , Па

Пользуясь понятием относительной влажности φ, влагосодержание воздуха можно определить как

Для вентиляционных процессов диапазон температур это величина постоянная и равна

В обычных для вентиляционных процессов в диапазоне температур эту величину можно считать постоянной и равной

Здесь и далее теплоёмкости рассматриваются применительно к 1 кг сухой части воздуха и поэтому являются удельными величинами.

где: t – температура воздуха, в °C.

Энтальпию сухого воздуха J_с.в. при t = 0°C принимают равной 0.

для воды при t = 0°C равна 2500 кДж/кг.

в воздухе при произвольной температуре t, составляет

складывается из энтальпии сухой его части и энтальпии водяного пара.

Энтальпия J влажного воздуха, отнесённая к 1 кг сухой части влажного воздуха, в кДж/кг, при произвольной температуре t и произвольном влагосодержании d, равна:

где: 1,005 – C_с.в. теплоёмкость сухого воздуха, _кДж/(кг×°С);
2500 – r удельная теплота парообразования, кДж/(кг×°С);
1,8 – C_п теплоёмкость водяного пара, кДж/(кг×°С).

Если воздух передаёт явное тепло, он нагревается, т.е. его температура повышается. При нагревании влажного воздуха энтальпия изменяется в результате изменения температуры сухой части воздуха и водяных паров. При поступлении в воздух водяных паров с той же температурой от внешних источников (изотермическое увлажнение паром), ему передаётся скрытая теплота парообразования. Энтальпия влажного воздуха при этом также возрастает, потому что к энтальпии сухой части воздуха прибавляется энтальпия водяного пара. Температура воздуха при этом почти не меняется, что и послужило причиной введения этого термина — скрытая теплота.

В общем случае, энтальпия влажного воздуха состоит из явной и скрытой теплоты, поэтому энтальпию иногда называют полной теплотой.

Для дальнейших расчётов систем вентиляции и кондиционирования нам потребуются следующие основные параметры влажного воздуха:

температура t_в, °С;
влагосодержание d_в, г/кг;
относительная влажность φ_в, %;
теплосодержание J_в, кДж/кг;
концентрация вредных примесей С, мг/м 3;
скорость движения V_в, м/сек.

Источник статьи: http://www.hvac-school.ru/biblioteka/tepl_balans/vvodnaja_teplo/parametri_vlazhnogo_vozduha/

Основные параметры влажного воздуха

В атмосферном воздухе всегда содержится то или иное количество влаги в виде водяного пара. Такую смесь сухого воздуха с водяным паром называют влажным воздухом.

Если при данном давлении и температуре воздух больше не поглощает влагу, то его называют насыщенным; если поглощение воздухом влаги продолжается — ненасыщенным.

В насыщенном воздухе пар находится в сухом, а в ненасыщенном — в перегретом состоянии. В обоих случаях параметры пара могут быть найдены по таблицам водяного пара. Так как влажный воздух представляет собой механическую смесь сухого воздуха и водяного пара, то, согласно закону Дальтона, давление влажного воздуха или барометрическое давление p_бар равно

, Па, (1)

где — парциальное давление сухого воздуха, Па;

– парциальное давление водяных паров, Па;

– давление влажного воздуха, Па.

Парциальное давление водяных паров незначительно, поэтому для обоих компонентов влажного воздуха с достаточной точностью можно применять уравнения состояния для идеальных газов:

для сухого воздуха ; (2)

для водяного пара , (3)

где p — парциальное давление компонентов воздуха, Па;

Y — объем влажного воздуха, м 3 (газ занимает весь объем);

M — масса компонентов, кг;

R — газовая постоянная компонентов, Дж/(кг×К);

T — абсолютная температура, К.

Масса водяного пара (кг), содержащегося в 1 м 3 влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Абсолютная влажность воздуха, выраженная в килограммах на 1 м 3 , есть плотность перегретого водяного пара и обозначается Согласно данному определению,

, кг/м 3 .

Абсолютная влажность воздуха, полностью насыщенного водяными парами, обозначается (при давлении насыщения, т.е. ).

Относительная влажность воздуха — это отношение абсолютной влажности воздуха к максимально возможной в тех же условиях давления и температуры, т.е.

. (4)

Для идеальных газов отношение плотностей компонентов смеси можно заменить отношением парциальных давлений:

. (5)

Относительная влажность воздуха, выраженная в долях единицы или в процентах, характеризует степень насыщения его водяными парами.

Влагосодержание влажного воздуха — это количество водяных паров (в граммах), приходящихся на 1 кг сухой части влажного воздуха.

, г/кг сухого воздуха (6)

Из уравнения (6) следует, что

, Па. (7)

Уравнение (7) показывает, что парциальное давление водяного пара при данном давлении является функцией влагосодержания и наоборот.

Энтальпия влажного воздуха i_вв — это количество тепла, находящегося во влажном воздухе, сухая часть которого составляет 1 кг ( при p — const ).

, кДж/кг ; (8)