Теплофизика. Часть 1 «Основы термодинамики»: Учебное пособие, страница 12

Состояние пересыщенного влажного воздуха является неустойчивым, пока происходит выпадение влаги. Поэтому пар в зависимости от парциального давления находится в воздухе в насыщенном или перегретом состоянии.

Обычно парциальное давление пара во влажном атмосферном воздухе не превышает 0,1 МПа, часто пар находится в перегретом состоянии. Вследствие этого влажный атмосферный воздух можно рассматривать как смесь идеальных газов, давление которой согласно закону Дальтона р = p_в + p_п , где p_в и p_п — парциальные давления воздуха и водяного пара соответственно.

Массу пара, содержащуюся в 1 м³ влажного воздуха, называют абсолютной влажностью. Численно она равна плотности пара r_п. Помимо абсолютной влажности, воздух характеризуют также относительной влажностью (j, представляющей процентное отношение действительного содержания водяного пара во влажном воздухе к максимально возможному содержанию его в том же объеме при данной температуре, выраженной в процентах, т. е. j = p_п /p_н

Температуру точки росы для влажного воздуха рассчитывают по показаниям гигрометра. Затем по табличным данным для сухого насыщенного пара можно определить парциальное давление пара p_п , а по температуре влажного воздуха с помощью той же таблицы можно найти давление насыщенного пара p_н. Более точно относительная влажность может быть определена с помощью психрометра.

Влажный воздух характеризуют также влагосодержанием — отношением массы пара m_п во влажном воздухе к массе сухого воздуха m_в. Его обозначают d и измеряют в кг/кг или г/кг, т. е. d = m_п / m_в. Следовательно, влагосодержание определяет массу пара в 1 кг сухого воздуха или в (1 + d) кг влажного воздуха.

Уравнения Клапейрона для сухого воздуха и водяного пара имеют такой вид: р_вV=m_вR_вT_в и р_пV=m_пR_пT_п

Разделив первое уравнение на второе, получим:

Здесь R_в — газовая постоянная воздуха, равная 287,04 Дж/(кг К);  R_п — газовая  постоянная водяного пара,  равная 461,6 Дж/(кг К); р_в — давление сухого воздуха, МПа; В —давление влажного воздуха, измеряемое барометром, МПа.

Величину d можно выразить также следующей зависимостью:

Зная парциальное давление пара или влагосодержание воздуха, можно определить параметры влажного воздуха. Плотность влажного воздуха r = p_пr_п + p_вr_в  где r_п = V_п/V и r_в = V_в / V — объемные доли водяного пара и сухого воздуха. Газовая постоянная

где m_в и m_п — молекулярные массы сухого воздуха и водяного пара, соответственно равные 28,95 и 18 кг. Молекулярную массу влажного воздуха m. можно определить также по формуле:

Видно, что с повышением относительной влажности уменьшается молекулярная масса влажного воздуха и тем самым снижается его плотность в сравнении с сухим воздухом. Объем влажного воздуха, отнесенный к 1 кг сухого воздуха:

Удельный объем влажного воздуха

В последних двух уравнениях влагосодержание воздуха выражено в кг/кг сухого воздуха. Энтальпия влажного воздуха i, отнесенная к 1 кг сухого воздуха или к (1 + d) кг влажного воздуха:

Средняя теплоемкость воздуха в интервале температур от О до 120° С близка к 1 кДж/(кг-°С). Тогда энтальпия воздуха равна i_в=1^.t_в, кДж/кг. Энтальпия пара

i_п=(2480 + 1,96^.t_в .

Поэтому

Очень часто при расчетах процесса сушки параметры влажного воздуха определяют графически при помощи id-диаграммы, построенной в 1918 г. Л. К. Рамзиным (рис. 9). Она получила также широкое распространение в расчетах систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

На этой диаграмме ось ординат имеет две шкалы. На левой шкале отложены значения энтальпии сухого воздуха, а на правой — температуры. Линии энтальпии образуют угол 45° с осью абсцисс, по которой отложены значения влагосодержания воздуха d. На поле диаграммы нанесены также прямые линии постоянных температур влажного воздуха — изотермы и кривые относительной влажности j. В нижней части диаграммы иногда наносят зависимость р_п =f (d).