Парциальное давление водяного пара

Количество водяных паров, находящееся в воздухе, однозначно определяет парциальное давление водяного пара р_вп во влажном воздухе. Чем больше влаги, тем больше р_вп. Связь между количеством влаги и парциальным давление водяных паров выражается следующими зависимостями

d = 623 / (Р_б – р_вп),

р_вп = Р_б / (623 + d),

где Р_б – барометрическое (атмосферное) давление, Па.

Таким образом, при увеличении количества водяных паров в воздухе, находящемся при некоторой температуре t, происходит рост парциального давления водяных паров. При некотором предельном влагосодержании парциальное давление достигнет значения давления насыщающих водяных паров р_нп, то есть давления над свободной поверхностью жидкости, находящейся при той же температуре t. Такое состояние влажного воздуха является предельным и называется насыщенным влажным воздухом. Увеличить влагосодержание воздуха выше предельного невозможно, так как будет происходить конденсация влаги на центрах активации, и в воздухе появится туман. Состояние тумана – это состояние избыточной влаги в воздухе, когда вся она не может находиться в парообразном состоянии, и часть ее находится в мелкокапельном состоянии. Иными словами, туман – это двухфазная среда, в отличие от влажного воздуха, который является однофазной средой.

Относительная влажность

Относительной влажностью влажного воздуха называется отношение парциального давления паров в воздухе к давлению насыщающих водяных паров. Обычно относительную влажность выражают в процентах. Тогда формула для расчета относительной влажности будет

φ = 100 ´ р_вп / р_нп,

Для абсолютно сухого воздуха р_вп = р_нп, и φ = 100 %. При полном насыщении воздуха водяными парами р_вп = р_нп, и φ = 100 %. Относительная влажность, таким образом, является мерой степени насыщения воздуха водяными парами

Температура точки росы

Если влажный воздух, имеющий относительную влажность 0 < φ < 100 %, охлаждать, то при понижении температуры будет уменьшаться давление насыщенных водяных паров, которое зависит только от температуры. При этом влагосодержание воздуха будет оставаться неизменным, а относительная влажность будет увеличиваться. В некоторый момент при определенной температуре значение р_нп достигнет значения р_вп. В этот момент относительная влажность достигнет значения 100% – ВВ приобретет состояния полного насыщения. При дальнейшем охлаждении р_нп станет меньше р_вп , и часть влаги начнет конденсироваться на холодных поверхностях, контактирующих с воздухом, или образуется туман. Таким образом, дальнейшее охлаждение воздуха приводит к его перенасыщению влагой, что ведет к выпадению конденсата – росы. Поэтому та предельная температура, до которой можно охлаждать воздух без выпадения конденсата, и начиная с которой процесс дальнейшего охлаждения сопровождается выпадением конденсата, называется температурой точки росы. Температура точки росы при постоянном атмосферном давлении зависит только от начального влагосодержания воздуха.

3.1.8. Энтальпия (теплосодержание)

Энтальпией влажного воздуха называется количество теплоты, которое требуется на то, чтобы перевести 1 кг абсолютно сухого воздуха (d = 0), находящийся при 0 °С, в некое другое состояние с температурой t и влагосодержанием d.

Из данного определения следует, что при t = 0 и d = 0 энтальпия воздуха также равна 0.

Энтальпия воздуха измеряется в кДж/кг.с.в (килоджоули на килограмм сухого воздуха) и складывается из трех слагаемых, которые отражают затраты теплоты на следующие цели:

- нагрев сухой части воздуха до температуры t;

- испарение влаги;

- нагрев водяных паров до температуры t.

I = c_св t + r d /1000 + c_вп t d /1000

Вклад указанных трех составляющих неодинаков. Оценим его для расчета энтальпии воздуха, имеющего 50% относительную влажность при 20 °С.

I = 1,005 ´ 20 + 2500 ´ 7 /1000 + 1,8 ´ 20 ´ 7 /1000 =

= 20,1 + 17,5 + 0,036 = 37,5 + 0,036

Из приведенных вычислений видно, что затраты теплоты на нагрев сухой части воздуха и на испарение влаги соизмеримы и имеют один порядок, а затраты тепла на нагрев водяных паров составляют лишь около 0,1% от суммы двух других составляющих. Таким образом, энтальпия воздуха в основном складывается из первых двух слагаемых, а третьим слагаемым в большинстве случаев можно пренебречь.