8.Влажный воздух

1. Основные понятия и определения

В окружающем нас воздухе содержится некоторое количество водяного пара. Смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. При невысоких давлениях, когда парциальное давление пара в смеси имеет небольшое значение, можно принять, что газ (воздух) подчиняется уравнению Клапейрона, т.е. влажный газ рассматривается как идеальный. По закону Дальтона давление влажного воздуха можно записать как сумму

(8.1)

где - парциальное давление сухого воздуха;

- парциальное давление водяного пара.

Состояние пара во влажном газе определяется его температурой и парциальным давлением.

Максимальное парциальное давление водяного пара при заданной температуре называется давлением насыщения и обозначается р _s.

Влажный воздух, в котором парциальное давление пара р_п меньше р_s, называется ненасыщенным. При этом водяной пар, содержащийся в нем, находится в перегретом состоянии. Если ненасыщенный влажный воздух охлаждать при постоянном давлении, то можно достигнуть состояния, при котором р_п станет равным р_s. Влажный воздух в таком состоянии называется насыщенным.

Температура влажного воздуха, при которой р_п становится равной р_s называется точкой росы.

При дальнейшем охлаждении насыщенного воздуха р_п превысит р_s, пар станет влажным и начнет конденсироваться.

2. Расчет основных параметров влажного воздуха

Основными характеристиками влажного воздуха являются абсолютная и относительная влажность, влагосодержание и степень насыщения.

Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяного пара (кг), содержащегося в 1м³ влажного воздуха. Абсолютная влажность может быть выражена в виде плотности пара _п в смеси при своем парциальном давлении Р_п и температуре смеси:

(8.2)

Относительной влажностью воздуха называется отношение действительной абсолютной влажности воздуха _п к максимально возможной абсолютной влажности _s при той же температуре:

, или. (8.3)

Точка росы характеризуется конденсацией части пара (образование капелек жидкости), содержащегося во влажном воздухе.

Влагосодержание d оценивается отношением количества водяного пара (в кг), содержащегося в сухом воздухе, к количествувоздуха:

. (8.4)

Так как объем пара , содержащегося в воздухе, и объем воздухаравны объему смеси, то выражение (8.4) можно представить в виде:

. (8.5)

Основные параметры влажного воздуха (плотность, газовая постоянная и др.) могут быть подсчитаны по формулам смеси идеальных газов.

2. di-диаграмма влажного воздуха

di-диаграмма влажного воздуха предложена в 1918 г. Л.К. Рамзиным и применяется для определения параметров влажного воздуха при расчетах процессов сушки, вентиляции и отопления. При построении di-диаграммы используются косоугольные координаты, при которых прямые i=const проводятся под углом 135 к оси ординат (рис. 8.1). Ось влагосодержания d условно проводится к оси ординат под углом 90.

На диаграмму наносят сетку изотерм. На каждой изотерме находят точки с одинаковыми значениями , соединив которые, получают сетку кривых относительных влажностей воздуха. Кривая- геометрическое место точек росы и является пограничной кривой, разделяющей область ненасыщенного влажного воздуха (сверху) и область тумана (снизу), в которой влага частично находится в капельном состоянии.

Рис. 8.1. di-диаграмма влажного воздуха (диаграмма Рамзина)

При помощи di-диаграммы можно проводить следующие расчеты:

• Подогрев и охлаждение влажного воздуха, находящегося в калорифере, происходит при постоянном влагосодержании – соответственно вертикали 1-2 и 3-5. По мере охлаждения в точке 5 ранее перегретый пар становится сухим; при дальнейшем охлаждении часть пара конденсируется, и влагосодержание воздуха уменьшается. Процесс 5-6 происходит по кривой . Количество сконденсировавшейся влаги равно:.

• Процесс испарения 3-4 определяется при условии . С испарением влаги встречаются при сушке материалов перегретым воздухом. Испарение влаги происходит за счет теплоты воздуха. При этом влагосодержание воздуха увеличивается, а температура понижается. Энтальпия остается постоянной, т.к. теплота, затраченная на испарение влаги, возвращается обратно во влажный воздух с испарившейся влагой.

• В результате смешения двух потоков влажного воздуха с параметрами, характеризуемыми точками и, получаем поток влажного воздуха с параметрами, характеризуемыми точкой. Для этого соединим точкиипрямой, и при помощи массовых долей смешиваемых потоков, т.е. точкаделит прямую смешения в отношении. Координаты (влагосодержание и энтальпия) точкиопределяются по формулам:

; (8.6)

, (8.7)

где - массы потоков;- масса потока после смешения