3. Понятие о влажности воздуха и точке росы. Эффективные значения климатических факторов.

В метеорологической практике атмосферный воздух рассматривается как однородная смесь двух газов – сухого воздуха и водяного пара.

Количество водяного пара может определяться с помощью следующих рекомендованных Всемирной метеорологической организацией (ВМО) характеристик влажности воздуха:

1. Отношение смеси;

2. Объемное (мольное) отношение смеси;

3. Массовая доля влаги (устаревший термин – удельная влажность);

4. Объемная (мольная) доля влаги;

5. Парциальное давление водяного пара е (гПа);

6. Абсолютная влажность (г/м³);

7. Относительная влажность (%);

8. Точка росы t_d (°С);

9. Дефицит точки росы Δt_d (°С).

Рассмотрим наиболее важные в вопросах проектирования РЭС характеристики.

1. Абсолютная влажность– отношение массыводяного пара к объему влажного воздуха (г/м³):

. (13.4)

2. Относительная влажность(%) – отношение фактического парциального давления водяного парак давлению водяного пара, насыщенного при данной температуре:

. (13.5)

При температуре ниже 0 °С различают два значения давления насыщенного пара: – давление насыщенного пара над плоской поверхностью воды;– давление насыщенного пара над плоской поверхностью льда. Соответственно существуют два разных выражения для определения относительной влажности (%):

,

Под состоянием насыщения понимается состояние термодинамического равновесия влажного воздуха с жидкой или твердой фазой воды при заданном давлении и температуре.

Согласно рекомендациям ВМО в оперативной метеорологической практике относительная влажность при температуре ниже 0 °С определяется по отношению к воде ().

3. Точка росы(°С) – температура, при которой изобарически охлажденный водяной пар становится насыщенным по отношению к воде. Точка росывсегда ниже действительной температуры воздуха или равна ей. Если же насыщение рассматривать по отношению к поверхности льда, то такая температура называется точкой льда.

4. Дефицит точки росы°С – разность между фактической температурой воздуха и точкой росы:

.

При отрицательной температуре можно рассматривать дефицит точки льда:

.

При расчетах разных характеристик влажности важную роль играет давление насыщенного параи, значения которых приводятся в психометрических таблицах. Для аппроксимации этих значений удобно пользоваться следующими формулами:

.(13.6)

.(13.7)

Относительная погрешность расчета по этим формулам, для температур от минус 80 до 50 °С составляет не более 0,0036 и 0,0001 соответственно.

В этом случае наиболее распространенные формулы для расчета парциального давления водяного пара(гПа),точки росы(°С) имассовой доли влагичерез относительную влажностьвыражается следующим образом:

.(13.8)

.(13.9)

,(13.10)

где – относительная влажность (%), – давление (гПа).

Черной линии соответствует 100 % влажность, далее влажность уменьшается на 10 %

Рисунок 13.8 – Зависимость точки росы от температуры атмосферного воздуха и относительной влажности

ЭФФЕКТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Эффективные значения факторов внешней среды применяют при определении параметров изделий, изменения которых вызываются сравнительно длительными процессами(например, старения, диффузии водяных паров, коррозии, электролиза, гидролиза, воздействия агрессивных сред).

Эффективные значения температуры, относительной влажности воздухав сочетании с температурой, концентрации газообразных агрессивных средв сочетании с относительной влажностью и температурой (в том числе коррозионно-активных агентов атмосферы) определяют по формулам (3.8) – (3.10), полученным из основополагающей формулы (3.11).

,(13.11)

,(13.12)

.(13.13)

где (К),(%),(г/м³или %) – значения, полученные при данном наблюдении в естественных условиях;

– количество значений данного воздействующего фактора или сочетаний факторов при периодических наблюдениях.

,(13.14)

где L– срок службы или сохраняемость объекта;

– температура, К;

– относительная влажность воздуха, %;

– концентрация агрессивной среды воздуха, г/м или %;

– постоянные коэффициенты, зависящие от природы материала и условий применения, определяемые экспериментально для конкретного материала (группы, системы материалов) или изделия;

,(13.15)

где Е_э -эффективная энергия активации процесса, вызывающего отказ, определяемая экспериментально для конкретного материала (группы, системы материалов) или изделия;

R -универсальная газовая постоянная.

Если требуется учитывать воздействие только:

• влажности воздуха, принимают m= 0;

• жидких агрессивных сред, принимают n= 0;

• температуры, принимают m= 0 иn= 0.

При рассмотрении воздействия влажности воздуха и (или) агрессивных сред срок Lпредставляет собой срок сохраняемости до ввода объекта в эксплуатацию или же часть срока службы, или весь срок службы, в течение которых (для влажности воздуха, газо- и парообразных сред, кроме контрольных) среда воздействует на изделия (их отдельные узлы, детали или покрытия), температура поверхности которых равна температуре внешней среды или превышает ее не более чем на 5 °С. В частности, для периода эксплуатации срокLопределяется следующими показателями:

• для греющихся изделий – сроком сохраняемости в эксплуатации;

• для негреющихся изделий – сроком службы;

• для покрытий, основное назначение которых состоит в защите от воздействия агрессивной среды, – ресурсом.

Заэффективное значение концентрации агрессивной средыпринимают среднее логарифмическое значение содержания коррозионно-активных агентов, соответствующее определенному типу атмосферы. Если в стандартах или технических условиях на изделия нормированы дополнительные виды коррозионно-активных агентов или другие агрессивные среды и их концентрации, за эффективное значение концентрации агрессивной среды принимают верхнее номинальное значение концентрации агрессивной среды, нормированное для длительной работы (например, санитарно-допустимые нормы для газовых сред), если в стандартах или технических условиях на изделия нет других указаний.

Если имеются соответствующие данные и необходимость, эффективные значения концентраций агрессивной среды определяют по формуле (3.10).

За эффективное значение давления воздухапринимают среднее значение давления, если в стандартах или технических условиях на изделия нет других указаний.