Влажный насыщенный пар это смесь

Влажный воздух. Абсолютная и относительная влажность.

Атмосферный воздух широко используется в технике: в качестве рабочего тела (в воздушных холодильных установках, кондиционерах, теплообменниках и сушильных устройствах) и составной части для горения топлива (в двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных установках, в парогенераторах).

Сухим воздухом называется воздух, не содержащий водяных паров. В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара.

Влажным воздухом называется смесь сухого воздуха с водяным паром.

В теплотехнике некоторые газообразные тела принято называть паром. Так, например, вода в газообразном состоянии называется водяным паром, аммиак – аммиачным паром.

Рассмотрим более подробно термодинамические свойства воды и водяного пара. (1-6).

Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием .Образование пара из одноименной жидкости происходит посредством испарения и кипения . Между данными процессами существует принципиальное различие.Испарение жидкости происходит лишь с открытой поверхности. Отдельные молекулы, имеющие большую скорость, преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают в окружающее пространство. Интенсивность испарения возрастает с увеличением температуры жидкости.Сущность кипения состоит в том, что генерация пара происходит в основном в объеме самой жидкости за счет испарения ее внутрь пузырьков пара.Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией Пар какого-либо вещества, находящийся в динамическом равновесии с одноименной жидкостью, называется насыщенным паром .

Различают следующие состояния водяного пара:

влажный пар;
сухой насыщенный пар;
перегретый пар.

Влажный пар – насыщенный пар, содержащий в себе одноименную жидкость в виде взвешенных мелкодисперсных частиц.
Сухой насыщенный пар – пар, не содержащий одноименной жидкости и имеющий температуру кипения t H при данном давлении P П .Индекс “н” при температуре обозначает насыщение (или кипение).
Перегретый пар – пар, температура которого превышает температуру кипения ( t П >t Н ) при данном давлении Р.

Рассмотрим характер и расположение изобар (процесс при постоянном давлении P=const) воды и водяного пара в Ts -диаграмме. Энтропия S является термодинамическим параметром состояния вещества.

Полагая, что изобары при любом давлении начинаются от температуры тройной точки А (рис. 1а), равной Т=273,15 К, энтропию S для всех давления можно приближенно принять равной нулю. В Ts -диаграмме (рис. 1а) изобара нагрева воды, парообразования и перегрева пара соответствует кривой АА 1 В 1 Д 1 . Выделим характерные участки. На участке АА 1 происходит нагрев воды при постоянном давлении. В точке А 1 вода кипит, имея температуру насыщения (кипения) Т при данном давлении. В области влажного пара (участок А 1 В 1 ) температура постоянна и равна температуре насыщения, изобара расположена параллельно оси энтропии S . В точке В 1 – сухой насыщенный пар при данном давлении. На участке В 1 Д 1 – перегретый пар. Температура перегретого пара Т больше температуры насыщения Т при данном давлении.

Представим целую систему изобар (Р 2 > Р 1 ; Р 3 > Р 2 ) в диаграмме (рис. 1б). Соединим точки А 1 ; А 1 ’; А 1 ’’ кипения воды при соответствующих давлениях Р 1 , Р 2 , Р 3 и получим левую пограничную кривую АК. Соединив точки В 1 , В 1 ’, В 1 ’’ сухого насыщенного пара при давлении Р 1 , Р 2 , Р 3 – правую пограничную кривую КВ. Параметры критической точки К для воды – давление Ркр=22,1 Мпа, температура Ткр=647,3 К. в критической точке отсутствует граница раздела – мениск между жидкой и газообразной фазой.

Пограничные кривые АК и КВ делят диаграмму на три части:

влево от АК располагается область жидкости I;
под пограничной кривой АКВ – область водяного пара II;
вверх от точки К и вправо от КВ – область перегретого пара III.

В области жидкости изобары достаточно близко расположены друг к другу и практически сливаются с левой пограничной кривой АК.

Атмосферный воздух (влажный воздух) с учетом рассмотренных состояний водяного пара может быть:

пересыщенный влажный воздух;
насыщенный влажный воздух;
ненасыщенный влажный воздух.

Пересыщенный влажный воздух – смесь сухого воздуха и влажного водяного пара. Явление в природе – туман.
Насыщенный влажный воздух – смесь сухого воздуха и сухого насыщенного водяного пара.
Ненасыщенный влажный воздух – смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара.

Следует отметить принципиально разные значения термина “влажный” применительно к пару и к воздуху. Пар называется влажным, если содержит мелкодисперсную жидкость. Влажный воздух во всех представляющих интерес для техники случаях содержит перегретый или сухой насыщенный водяной пар. В общем случае влажный воздух может содержать и влажный водяной пар (например, облака), но этот случай технического интереса не представляет и далее не рассматривается.

В атмосферном (влажном) воздухе каждый компонент находится под своим парциальным давлением, имеет температуру, равную температуре влажного воздуха и равномерно распределен по всему объему.

Термодинамические свойства влажного воздуха как газовой смеси сухого воздуха и водяного пара определяются по закономерностям, характерным для идеальных газов (1-6).

Расчет процессов с влажным воздухом обычно проводится при условии, что количество сухого воздуха в смеси не изменяется. Переменной величиной является количество содержащегося в смеси водяного пара. Поэтому удельные величины, характеризующие влажный воздух, относятся к 1 кг сухого воздуха.

Давление влажного воздуха определяется по закону Дальтона ( 1,4,5):

Где Рв – парциальное давление сухого воздуха, кПа; Рп – парциальное давление водяного пара, кПа.

Запишем уравнение Клапейрона — Менделеева

влажный воздух PV=MRT; (2)

сухой воздух P B V=M B R B T; (3)

водяной пар Р П V=M П R П Т , (4)

где V – объем влажного воздуха, м 3 ; М, М В , М П – масса соответственно влажного, сухого воздуха и водяного пара, кг; R, R В , R П – газовая постоянная соответственно влажного, сухого воздуха и водяного пара, кДж/(кг × К); Т – абсолютная температура влажного воздуха, К.

Абсолютная влажность воздуха – количество водяного пара, содержащееся в 1 м 3 влажного воздуха. Она обозначается через r П и измеряется в кг/м 3 или г/м 3 . Иначе говоря, она представляет собой плотность водяного пара в воздухе: r П =Р П /(R П Т). Очевидно, что r П =М П /V , где V – объем влажного воздуха массой М.

Относительной влажностью воздуха j называется отношение абсолютной влажности воздуха в данном состоянии к абсолютной влажности насыщенного воздуха ( r Н) при той же температуре: , (5)

для идеальных газов отношение плотностей можно заменить отношением парциальных давлений водяного пара , (6)

где Р Н – давление насыщенного водяного пара при данной температуре влажного воздуха, определяется по таблице Приложения II.

Можно отметить два характерных состояния воздуха по величине j :
j 100 %, при этом Р П Р Н и водяной пар перегретый, а влажный воздух ненасыщенный;
j =100 %, при этом Р П =Р Н и водяной пар сухой насыщенный, а влажный воздух насыщенный.
Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал сухим насыщенным, называется температурой точки росы t Н .

Определение основных параметров и характеристик влажного воздуха по

Впервые hd — диаграмма для влажного воздуха была предложена проф. Л.К. Рамзиным. В настоящее время она применяется в расчетах систем кондиционирования, сушки, вентиляции и отопления.

а) принцип построения; б) диаграмма

В hd – диаграмме (рис.) по оси абсцисс откладывается влагосодержание d , г/кг сухого воздуха, а по оси ординат — удельная энтальпия влажного воздуха h , кДж/кг сухого воздуха. Для более удобного расположения отдельных линий, наносимых на hd — диаграмму, она строится в косоугольных координатах, в которых ось абсцисс проводится под углом 135° к оси ординат.

При таком расположении осей координат линии h=const , которые должны быть параллельны оси абсцисс, идут наклонно. Для удобства расчетов значения d сносят на горизонтальную ось координат.

Линии d=const идут в виде прямых параллельных оси ординат, т.е. вертикально. Кроме того, на hd.-диаграмме наносят изотермы t С =const, t M =const (штриховые линии на диаграмме) в линии постоянных значений относительной влажности (начиная от. j =5% до j =100%). Линии постоянных значений относительной влажности j =const строят только до изотермы 100° , т. е. до тех пор, пока парциальное давление пара в воздухе Р П меньше атмосферного давления Р. В тот момент, когда Р П станет равным Р, эти линии теряют физический смысл, что видно из уравнения (10), в котором при Р П =Р влагосодержание d=const.

Кривая постоянной относительной влажности j =100% делит всю диаграмму на две части. Та ее часть, которая расположена выше этой линии –область ненасыщенного влажного воздуха, в котором пар находятся в перегретом состоянии. Часть диаграммы ниже линии j =100% — область насыщенного влажного воздуха.

Так как при j =100% показания сухого и мокрого термометров одинаковы, t C =t M , то изотермы t C =t M =const пересекаются на линии j =100%..

Чтобы найти на диаграмме точку, соответствующую состоянию данного влажного воздуха, достаточно знать два его параметра из числа изображенных на диаграмме. При проведении эксперимента целесообразно использовать те параметры, которые проще и точнее измеряются в опыте. В нашем случае такими параметрами являются температура сухого и мокрого термометров.

Зная эти температуры, можно найти на диаграмме точку пересечения соответствующих изотерм. Найденная таким образом точка определит состояние влажного воздуха и по hd — диаграмме можно определить все остальные параметры воздуха: влагосодержание — d ; относительную влажность — j , энтальпию воздуха — h ; парциальное давление пара – Р П , температуру точки росы – t М .

Средняя массовая теплоемкость, кДж/(кг × К) Приложение I

Источник статьи: http://victor.chuvsu.ru/junior/junior/lek16-2.html

Влажный пар и его параметры

Водяной пар

Основные понятия

Газообразные тела (с примесью одноименной жидкости в виде взвешенных мелкодисперсных частиц или без нее) принято называть парами.

Все пары являются реальными газами и подчиняются всем присущим этим газам закономерностям, в частности закономерностям фазовых переходов.

Образование пара из одноименной жидкости происходит посредством ее испарения или кипения. Между этими двумя процессами существует принципиальное различие.

Испарение жидкости может происходить лишь с открытой поверхности и при любой температуре.

С повышением температуры жидкости процесс испарения ускоряется, т.к. средняя скорость движения молекул возрастает.

Кипение жидкости может происходить и при отсутствии открытой поверхности. Сущность его состоит в том, что образование пара происходит в основном в объеме самой жидкости.

В сосуде одновременно происходят противоположные процессы испарения жидкости и конденсации пара.

Пока концентрация молекул пара в паровоздушной смеси мала, первый процесс превалирует над вторым. Вместе с этим увеличивается и парциальное давление пара Р_п в паровоздушной смеси; парциальное же давление воздуха Р_в уменьшается, ибо избыток его удаляется в окружающую среду через обратный клапан, но суммарное давление паровоздушной смеси остается неизменным.

С повышением парциального давления пара скорость испарения жидкости уменьшается, а скорость обратной конденсации пара возрастает и в конечном итоге наступает момент, когда скорости обоих процессов становятся одинаковыми, а Р_п устанавливается одинаковым.

Пар какого-либо вещества, находящийся в динамическом равновесии с одноименной жидкостью, называется насыщенным.

Температура и давление насыщенного пара взаимосвязаны и каждой температуре соответствует вполне определенное давление насыщения.

По мере роста температуры паровоздушной смеси содержание воздуха в ней уменьшается за счет вытеснения его паром через обратный клапан. Поэтому наступает момент, когда из сосуда удаляются последние остатки воздуха и в верхней его части остается один лишь насыщенный пар.

Этот момент отмечается тем, что давление насыщенного пара становится равным давлению окружающей среды, под которым все время находилась жидкость, а потому становится возможным кипение жидкости.

Температура, при которой давление насыщения становится равным внешнему давлению на жидкость, называется температурой кипения; она является функцией внешнего давления и с увеличением его возрастает.

После начала кипения в рассматриваемом сосуде продолжение подвода тепла сопровождается дальнейшим парообразованием, причем давление в нём сохраняется неизменным, т.к. излишки пара вытесняются через обратный клапан. Неизменной остается и температура, как пара, так и самой жидкости. Такой процесс продолжается до полного выкипания жидкости, и, наступает момент, когда весь сосуд оказывается заполненным лишь насыщенным паром, температура которого еще равна температуре кипения.

Пар какого-либо вещества, не содержащий в себе одноименной жидкости и имеющий температуру кипения при данном давлении, называется сухим насыщенным.

Пар какого-либо вещества, температура, которого превышает температуру кипения при данном давлении, называется перегретым.

Состояние перегретого пара определяется значениями двух независимых параметров, в качестве которых наиболее часто используются давление и температура.

С повышением перегрева пар по своим свойствам приближается к идеальному газу.

При изобарном отводе теплоты от сухого насыщенного пара температура его не изменяется, а вместо этого начинается конденсация пара, и по всему его объему образуются мельчайшие капельки жидкости.

Насыщенный пар какого-либо вещества, содержащий в себе одноименную жидкость в виде взвешенных мелкодисперсных частиц, называется влажным насыщенным паром.

Представив себе влажный пар как механическую смесь сухого насыщенного пара и равномерно распределенной в нем жидкости, можно определить степень сухости х влажного пара как массовую долю содержащегося в нем сухого насыщенного пара.

Очевидно, величина х может изменяться от единицы (что соответствует сухому насыщенному пару) до нуля (что соответствует кипящей воде).

Таким образом, состояние влажного пара определяется значениями двух независимых параметров, – давления (или температуры) и степени сухости.

Влажный пар и его параметры

Объем влажного пара можно представить как сумму объемов двух компонентов.

где х – степень сухости пара.

Первое слагаемое представляет собой объем жидкости, содержащейся в 1 кг влажного пара, а второе – объем содержащегося в нем сухого насыщенного пара.

Для превращения 1 кг кипящей воды в сухой насыщенный пар при постоянном давленииему необходимо сообщить количество теплоты, называемое теплотой парообразования:

Часть теплоты парообразования расходуется на увеличение внутренней энергии, связанное с совершением работы против сил взаимного притяжения молекул (внутренняя теплота парообразования). Остальная часть теплоты парообразования расходуется на работу расширения, не связанную с наличием сил молекулярного взаимодействия (внешняя теплота парообразования).

С помощью теплоты парообразования r энтальпия влажного пара определяется следующим образом.

В процессе парообразования при Р=const