Влажный воздух

Влажный воздух представляет собой механическую смесь сухого воздуха и водяного пара.

Влажный воздух называют ненасыщенным, если водяной пар находится в нем в перегретом состоянии, и насыщенным, если водяной пар в воздухе сухой насыщенный. Бывает пересыщенный влажный воздух, когда в нем кроме водяного пара присутствует капельная влага.

Состояние влажного воздуха характеризуется абсолютной влажностью, относительной влажностью и влагосодержанием.

Абсолютной влажностью воздуха называется массовое количество водяного пара в 1 м³ влажного воздуха (r_п, кг/м³). Численное значение абсолютной влажности воздуха равно плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, т.е. r_п = 1/ v _п, где v _п = f (p _п, t).

Относительная влажность воздуха (j) есть отношение абсолютной влажности воздуха (r_п) к максимально возможной влажности при той же температуре, равной абсолютной влажности насыщенного воздуха (r" = 1/ v ", где v " = f (t = t _н):

, (2.78)

где p _н – парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре влажного воздуха.

Температуру, при которой достигается состояние насыщения водяного пара при заданном парциальном давлении, называют температурой точки росы t _р = t _н = f (p _п). Снижение температуры ниже этой температуры приведет к образованию капельной влаги во влажном воздухе.

Влагосодержание пара определяется отношением массы пара к массе сухого воздуха:

, г/кг с.в., (2.79)

где В – общее (атмосферное) давление влажного воздуха:

. (2.80)

Энтальпия влажного воздуха рассчитывается на 1 кг сухого воздуха и при размерности кДж/(кг с.в.) находится:

, (2.81)

где d _п, d _ж – влагосодержание пара и жидкости (воды) в г/кг с.в; t = с_{р с.в} (t – 0) – энтальпия сухого воздуха при с_{р с.в} = 1 кДж/(кг×град); h _п = (2501 + 1,93 t) – энтальпия пара, где r _о = 2501 кДж/кг – удельная теплота парообразования при 0 ^оС и с _{р п} = 1,93 кДж/(кг×град) – изобарная теплоемкость пара; h _ж = 4,187 t – энтальпия воды, где с_{р ж} = 4,187 кДж/(кг×град) – изобарная теплоемкость воды.

Для определения величин, характеризующих состояние влажного атмосферного воздуха, используются таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара и диаграмма h – d влажного воздуха.

Диаграмма h – d позволяет графически определить основные параметры атмосферного влажного воздуха и изобразить его основные процессы.

Рис. 2.18. h – d диаграмма влажного воздуха

На рис. 2.18 приведена диаграмма h – d влажного воздуха, на которой ось абсцисс отложены величины влагосодержания d, г/кг с.в, по оси ординат – энтальпии h, кДж/кг с.в. Все линии h – d диаграммы построены по расчетному выражению энтальпии h (2.81) атмосферного воздуха.

На рис. 2.19 на сетке диаграммы h – d показаны основные процессы влажного атмосферного воздуха.

Рис. 2.19 Построение основных процессов на h – d диаграмме

Для увеличения области ненасыщенного влажного воздуха диаграмма h – d строится в косоугольной системе координат с осями под углом 135^о.

Линия j = 100 % соответствует насыщенному влажному воздуху, выше которой расположена область ненасыщенного влажного воздуха, а ниже – область пересыщенного влажного воздуха (область тумана). Линии h = const прямые линии, расположенные под углом 135^о к оси ординат. Изотермы также прямые линии, причем с повышением температуры увеличивается угол наклона изотермы (но очень незначительно).

На диаграмме нанесены изотермы мокрого термометра психрометра (пунктирные прямые). При j = 100 % t _м = t _с.в. Продолжение пунктирных линий ниже j = 100 % будет соответствовать изотермам в области тумана.

В нижней части диаграммы построена зависимость парциального давления водяного пара от влагосодержания пара p _п = f (d _п). Эта зависимость дана в прямоугольной системе координат.

Процесс нагрева 1 – 2 при d = const. Количество водяного пара в воздухе остается неизменным, энтальпия и температура возрастают, а относительная влажность уменьшается j₂ < j₁. При нагреве воздуха затрачивается теплота q = h ₂ – h ₁, кДж/кг с.в, а потенциальная возможность воздуха по забору в себя водяного пара (испарению влаги) возрастает.

Процесс сушки 2 – 3 при отсутствии теплообмена воздуха с внешней средой и одинаковых температурах воздуха и содержащего влагу материала в начале процесса сушки (точка 2) протекает при постоянной энтальпии h ₂ = const. Это обусловлено тем, что теплота воздуха, идущая на испарение влаги из материала, по закону сохранения энергии возвращается в воздух с испаренной влагой. При этом температура воздуха уменьшается, влагосодержание пара возрастает, а энтальпия воздуха остается постоянной.

Количество испаренной влаги одним кг сухого воздуха определяется как:

D d = d ₃ – d ₂, г/кг с.в.; (2.82)

расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги определяется выражением:

G _с.в = 1000/(d ₃ – d ₂), кг с.в/ кг исп. влаги. (2.83)

Процесс охлаждения 1 – 4. Это процесс обратный нагреву. В случае если он завершается ниже j = 100 % (как на рис. 2.19), из воздуха выпадает капельная влага в количестве

d _ж = d ₁ – d _н4. (2.84)

Влагосодержание пара d _н4 в точке 4 определяется по точке А на j = 100 %, т.к. на изотерме t ₄ максимальное влагосодержание пара (d _н4) будет при j = 100 %. По этой же точке А определяется и парциальное давление пара p _п4, оно соответствует давлению насыщения при температуре t ₄.