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

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

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

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;

— 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.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Источник

Влажный воздух. Параметры влажного воздуха.

Для человека воздух — это и окружающая среда и пища для лёгких и источник кислорода. Не смотря на то, что воздух не улавливается ни одним из пяти чувств (он прозрачен, без вкуса и запаха, бесшумен и неосязаем), о его существовании известно достаточно давно. Его свойства изучены, значение общепризнанно и он не вызывал бы у нас никаких вопросов и сложностей в быту, если бы не наличие в нём ещё одного уникальнейшего вещества — воды, точнее — водяного пара.

Пряжа из мохера купить купить пряжу на бобине мохер домпряжи.рф.

Влажный воздух

Итак, смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. Именно влажный воздух окружает нас повсеместно, именно он сушит бельё после стирки, постепенно опустошает ёмкость с водой, а иногда напоминает о себе запотевшими стеклами и конденсатом на поверхности холодного предмета. Он может способствовать накоплению статического электричества на металлических поверхностях, развитию астмы у людей, иссушать растения, ухудшать наше самочувствие в теплую погоду. Попробуем же разобраться с его свойствами, характеристиками и процессами! Перед нами — влажный воздух!

Влажный воздух, как мы уже определились, это смесь сухого воздуха с водяным паром, причем смесь эта не находится в состоянии равновесия, т.е. постоянно меняется, и именно эта неравновесность представляет огромную сложность в изучении. Без неё книги о влажном воздухе превратились бы в пару абзацев.

Как и у любого вещества, у влажного воздуха есть основные параметры, определяющие его состояние, и достаточно трех независимых из них, чтобы полностью определить его состояние. Однако, из-за сложности ввиду неравновесности, а также для удобства описания процессов обычно выделяют 6 основных параметров влажного воздуха. Перечислим их:

1. Давление (абсолютное), P, атм;
2. Температура, t, К или С;
3. Относительная влажность, φ, %;
4. Энтальпия, i, кДж/кг*С;
5. Влагосодержание, d, г/кг;
6. Парциальное давление водяного пара, p_п, Па.

I-d диаграмма влажного воздуха

Наиболее полное представление о возможных состояниях влажного воздуха с использованием всех шести вышеперечисленных параметров даёт I-d диаграмма влажного воздуха (Диаграмма Рамзина):

Она выполняется для какого-либо определенного давления и на ней изображены изолинии по оставшимся пяти параметрам. Очевидно, что наиболее распространена диаграмма, построенная для давления в одну атмосферу (см. рис. выше). В случае, если необходимо исследовать влажный воздух при различных давлениях, существует соответствующая диаграмма с линиями изобар.

Но мы обратимся к диаграмме Рамзина. Ещё раз особо отметим, что диаграмма построена строго для определенного давления, а потому один из трех независимых параметров уже задан. Это следует помнить всегда!

Итак, давление задано, по оси ординат отсчитывается температура (t), по оси абсцисс — влагосодержание (d), вправо вниз наклонены линии постоянной энтальпии (i), справа по вертикали — ось парциальных давлений (p_п), а единственные изогнутые линии — это показатели относительной влажности (φ). Сложность в определении, пожалуй, вызывает только парциальное давление. Для этого от заданной точки опускается вертикаль вниз до пересечения с наклонной прямой под жирной пограничной линией (φ=100%) и далее горизонталь вправо подскажет искомое значение. Кстати, точка пересечения вертикали с пограничной кривой — это точка росы — ещё одно важнейшее понятие, его также следует запомнить. Ещё одно часто встречающийся термин — температура влажного термометра, она же температура насыщенного воздуха. За линию с заданной постоянной температурой влажного термометра с высокой точностью можно принять изоэнтальпу, проходящую через точку росы, обладающую заданной температурой.

Параметры влажного воздуха

Но мы, наверное, уже далеко забрались, так и не объяснив, что такое влагосодержание, энтальпия и уж тем более парциальное давление водяного пара. Начнём с простого. Касательно температуры и давления вопросов, я думаю, не возникает.

Влагосодержание

Воздух, не содержащий водяного пара, называется сухим. Если сухому воздуху показать каплю воды, он мгновенно её испарит и станет влажным. Итак, влагосодержание — это отношение массы воды к массе сухого воздуха, в котором эта вода испарилась. Однако, продолжим: вторую каплю он также испарит, но немного медленнее. Третья капля испарится ещё медленнее. Наконец, на N-ной капле воздух «устанет» вбирать в себя воду. Он насытится ею, «напьется водой». Это будет насыщенный влажный воздух (та самая жирная линия на диаграмме).

Парциальное давление водяного пара

Встаёт вопрос, почему всё так происходит? Видимо, что-то толкает воздух впитывать в себя влагу до определенного момента. Что это за движущая сила? Для примера вспомним горячую плиту на кухне. Воздух вокруг неё нагревается, и для нас очевидно, что движущей силой является разность температур между плитой и воздухом. Воздух будет греться до тех пор, пока плита не остынет, т.е. не станет той же температуры, что и воздух — процесс прекратится.

Вернёмся к влажному воздуху. Он в своём составе имеет водяной пар. Парциальным давлением водяного пара влажного воздуха называется то давление, которое обретет водяной пар в замкнутом объёме, если из этого объема убрать весь сухой воздух. Очевидно, что в воздухе водяного пара совсем мало (об этом нам говорит влагосодержание, которое измеряется величинами порядка 0.005. 0.03 кг/кг), а, значит, при исчезновении сухого воздуха из некого объёма, оставшийся пар будет вполне вольготно себя чувствовать в предоставленном объеме, следовательно, иметь низкое давление. Это означает, что и парциальное давление водяного пара достаточно низко. Действительно, оно измеряется тысячами Паскалей, а ведь атмосферное давление воздуха равно примерно ста тысячам Паскалей. Снова вернемся к поглощаемым каплям.

Движущей силой процесса испарения служит именно разность парциальных давлений. У капли воды оно равно некоторой величине, а у сухого воздуха — нулю. Процесс испарения максимально активен. Далее, парциальное давление водяного пара растет, процесс замедляется и заканчивается в условиях их равенства. Водяным паром во влажном воздухе достигнуто давление насыщения. Оно же называется давлением насыщенного водяного пара. Сама же кривая насыщения — это известная нам жирная линия.

Относительная влажность

Следующий вопрос: как определить, насколько имеющийся влажный воздух насыщен водяным паром? Другими словами, каково отношение текущего давления водяного пара к давлению насыщения? На этот вопрос в точности отвечает относительная влажность, разве что для удобства измеряется она в процентах, а потому упомянутое отношение умножается на 100%. Итак, относительная влажность — это отношение текущего давления водяного пара к максимально возможному для данной температуры.

Энтальпия

Далее, любое вещество обладает некоторой энергией. Очевидно, его энергия тем больше, чем выше температура. Для сухого воздуха это единственный параметр, определяющий энтальпию. Однако для влажного воздуха следует учесть, что при той же температуре он включает в себя и энергию испаренной влаги — энтальпия влажного воздуха зависит и от температуры и от влагосодержания. Причем при той же температуре в зависимости от влагосодержания разброс энтальпий может быть огромен — и 100 и 200 и 300% — чем выше температура, тем выше. Это невооруженным глазом видно из I-d-диаграммы: чем выше температура, тем выше рассматриваемая изотерма и тем больше наклонных изоэнтальп её пересекает. Итак, энтальпия влажного воздуха — это сумма энтальпий сухого воздуха и водяного пара, причем первая пропорциональна температуре (коэффициент пропорциональности — теплоемкость сухого воздуха), а вторая пропорциональна влагосодержанию.

Процессы изменения параметров влажного воздуха

Оборудование, так или иначе связанное в своей работе с влажным воздухом, меняет его параметры — увеличивает температуру, добавляет в него влагу или осушает и т.д. Для проектирования и расчета режимов работы этого оборудования необходимо знать основные характеристики и методы реализации процессов изменения параметров влажного воздуха.

Выделяют следующие процессы, которые будут рассмотрены в соответствующих статьях:

Источник

Парциальное давление водяного пара

Парциальное давление водяного пара в области давлений и температур, соответствующих нормальным условиям, приближённо описывается уравнением:
p_п = , Па,

где R_п = 461 — газовая постоянная пара.

Для определения значения парциального давления водяного пара можно использовать специальные справочные таблицы.

Массовая теплоёмкость пара

Теплоёмкость 1 килограмма пара при нормальных условиях (атмосферном давлении и температурах от -20 до +50ºС) с_п = 1,8

Удельное теплосодержание (энтальпия) пара

Удельное теплосодержание (энтальпия) пара i_п = r + с_п·t_п = 2500 + 1,807·t_п

где r = 2500 – скрытая удельная теплота парообразования(конденсации) (количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества, взятому при температуре кипения, чтобы перевести его из жидкого состояния в газообразное при той же температуре; это же количество теплоты выделится при конденсации пара в 1 килограмм воды);

t_п – температура пара, ºС.

ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ

При поступлении в состав сухого воздуха водяных паров он становится влажным.

Барометрическое давление влажного воздуха

Барометрическое давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений пара и сухого воздуха:

Насыщенный воздух

Насыщенный воздух – это воздух, содержащий в единице объема максимально возможное при данной температуре количество водяного пара. Наблюдается, например, над свободной поверхностью воды.

Процесс насыщения воздуха можно сравнить с поведением сухой губки, на которую льётся вода: губка впитывает воду до тех пор, пока не примет в себя то максимальное количество, которое сможет удерживать, после чего новые объёмы воды будут стекать с поверхности губки в неизменном количестве – это состояние губки и будет аналогичным состоянию насыщенного воздуха.

ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННОГО ПАРА

Давление насыщенных водяных паров влажного воздуха р_н – максимальная величина парциального давления водяных паров при данной температуре воздуха.

Если парциальное давление р_впо каким-либо причинам окажется больше р_п, то часть водяного пара сконденсируется с образованием тумана, и давление р_пупадет до р_н.

Абсолютная влажность воздуха

Абсолютная влажность воздуха D – масса водяного пара, содержащегося в 1 м 3 влажного воздуха.

Абсолютная влажность, исходя из определения, равна плотности водяного пара в составе влажного воздуха: D = ρ_п= ,

При нормальном давлении и температуре 20ºС ρ_п = 0,01729 = 17,3 .

Плотность пара сильно зависит от температуры.

Источник