Тема14. Влажный воздух

14.1 Понятие влажного воздуха, его характеристики

В воздухе всегда содержится то или иное количество влаги в ви­де водяного пара. Такую смесь сухого воздуха с водяным паром называют влажным воздухом. Влажный воздух широко использу­ется во многих тепловых процесса, таких как вентиляция, отопле­ние и кондиционирование воздуха помещений, сушка материалов и т.д.

При невысоких давлениях, что характерно для технологических процессов сельскохозяйственного производства, без особой по­грешности можно рассматривать сухой воздух и содержащийся вc нем водяной пар как идеальные газы. Поэтому с достаточной точ­ностью можно применять к ним закономерности, сформулирован­ные для смеси идеальных газов.

В соответствии с законом Дальтона давление влажного воздуха р, равное, как правило, атмосферному давлению, - сумма парци­альных давлений сухого воздуха р_св и водяного пара p_n;

(14.1)

Обычно водяной пар находится во влажном воздухе в перегре­том состоянии. В этом случае парциальное давление водяного па­ра ниже давления насыщения p_н влажного воздуха при данной температуре. Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара называется ненасыщенным влажным воздухом. Если понижать температуру ненасыщенного влажного воздуха при постоянном давлении, то можно достигнуть состояния, когда p_n=p_н т.е. дав­ление и температура водяного пара соответствуют состоянию на­сыщения. Смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара на­зывается насыщенным влажным воздухом. Температура, до которой должен охладиться ненасыщенный влажный воздух, чтобы содер­жащийся в нем перегретый пар стал насыщенным, называется температурой точки росы.

При дальнейшем охлаждении влажного воздуха, т.е. ниже тем­пературы точки росы, из воздуха будет выпадать влага, и умень­шаться парциальное давление пара.

Масса пара в 1 м³ влажного воздуха, равная плотности пара р_n, при парциальном давлении пара р_n, называется абсолютной влажностью воздуха.

Отношение действительной абсолютной влажности пара р_n к максимально возможной абсолютной влажности р_н при той же

температуре (для насыщенного влажного воздуха) называют отно­сительной влажностью:

(14.2)

Значение относительной влажности φ может изменяться от 0 для сухого воздуха до 1 (или 100%) для насыщенного воздуха.

Для характеристики состояния влажного воздуха, помимо зна­чения относительной влажности, необходимо знать температуру влажного воздуха, однозначно определяющую величину р_н. Влаж­ность воздуха измеряют психрометром.

Отношение массы водяного пара m_n содержащегося во влаж­ном воздухе, к массе сухого воздуха m_B называется влагосодержанием воздуха d:

(14.3)

14.2 hd- диаграмма влажного воздуха

Влагосодержание измеряется в кг (или г) на 1 кг сухого воздуха.

hd-диаграмма влажного воздуха (рис. 14.1), предложенная в 1918 г.

Рис.14.1. hd-диаграмма влажного воздуха

Л. К.Рамзиным, широко используется для решения практических задач в тех областях, где рабочим телом служит влажный воздух. По оси ординат откладывают энтальпию h, кДж/кг влажного воздухa, а по оси абсцисс влагосодержание d, г/кг с.в. Для удобства (сокращение площади диаграммы) ось абсцисс направлена под углом 135° к оси ординат. На данной диаграмме вместо наклонной оси абсцисс проведена горизонтальная линия, на которой нанесены действительные значения d. На hd-диаграмме линии h=const - это циклонные линии, а линии d=const - вертикальные прямые.

Из уравнения

(14.4)

следует, что в координатах hd изотермы изображаются прямыми линиями. Кроме того, на диаграмму наносят кривые φ=const.

Кривая φ=100% делит поле на две области и является своего рода пограничной кривой: φ<100% характеризует область ненасы­щенного влажного воздуха (в воздухе содержится перегретый пар); φ >100% - область, в которой влага находится в воздухе час­тично в капельном состоянии;

φ-100% характеризует насыщен­ный влажный воздух.

За начало отсчета параметров влажного воздуха выбирают точку 0, для которой Т=273,15 К, d=0, h=0.

Любая точка на hd-диаграмме определяет физическое состоя­ние воздуха. Для этого должны быть заданы два параметра (например, φ и t или h u d). Изменение состояния влажного воз­духа изобразится на диаграмме линией процесса. Рассмотрим ряд примеров.

1) Процесс нагревания воздуха происходит при постоянном влагосодержании, так как количество пара в воздухе в данном случае не изменяется. На hd-диаграмме этот процесс изображается лини­ей 1-2 (рис.14.2). В данном процессе повышаются температура и энтальпия воздуха, и уменьшается его относительная влажность.

Рис. 14.2 Изображение на hd- диа-

грамме характерных процессов

изменения состояния воздуха

2) Процесс охлаждения воздуха на участке над кривой φ-100% также протекает при постоянном влагосодержании (процесс 1-5). Если продолжать процесс охлаждения до точки 5' -неположенной на кривой φ-100%, то в этом состоянии влажный воздух будет насыщенным. Температура в точке 5' есть температу­ра точки росы. Дальнейшее охлаждение воздуха (ниже точки 5') приводит к конденсации части водяного пара.

3) В процессе адиабатного осушения воздуха конденсация влага происходит за счет теплоты влажного воздуха без внешнего тепло­обмена. Этот процесс протекает при постоянной энтальпии (процесс 1-7), причем влагосодержание воздуха уменьшается, а температура его увеличивается.

4) Процесс адиабатного увлажнения воздуха, сопровождающий­ся увеличением влагосодержания воздуха и уменьшением его темпе­ратуры, изображен на диаграмме линией 1- 4.

Процессы адиабатного увлажнения и осушения воздуха широко используются для обеспечения заданных параметров микроклима­та в сельскохозяйственных производственных помещениях.

5) Процесс осушения воздуха при постоянной температуре изображается линией 1-6, а процесс увлажнения воздуха при постоян­ной температуре - линией 1-3.