Вопрос 9. Свойства влажного воздуха. ( авок справочное пособие влажный воздух Пункт4)

В термодинамике атмосферный воздух рассматривают как смесь, состоящую из сухого воздуха и водяного пара, который может быть в перегретом, насыщенном или в сконденсированном взвешенном состоянии в виде капельного или ледяного (при отрицательной температуре) тумана.

При расчетах систем вентиляции и кондиционирования атмосферный воздух считают бинарной гомогенной смесью, в состав которой входят сухой воздух и водяной пар.

В технике вентиляции и кондиционирования свойства влажного воздуха характеризуются следующими основными параметрами: температура по сухому термометру t,влагосодержание d,относительная влажность φ,  плотность ρ,  температура по мокрому термометру t_м,  температура точки росы t_р,  барометрическое давление P_б,  удельная теплоемкость с и удельная энтальпия J(здесь и далее используются обозначения, принятые в кондиционировании воздуха).

Согласно закону Дальтона, барометрическое давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара

P_б = P_c + P_п.                                                           (4.1)

Величины P_б, P_с и P_п измеряют в Па или кПа.

Температура и барометрическое давление атмосферного воздуха зависят от высоты над уровнем моря, географического расположения и погодных условий. На уровне моря в качестве стандартных приняты [3]: температура 15 °С и барометрическое давление 101,325 кПа. Значения температуры и барометрического давления для стандартной атмосферы на высоте от -500 до 20000 м можно вычислить по формулам [3]:

P_б = 101,325 · (1 - 2,25577 · 10^-5 · Z)^5,2559;                                    (4.2)

t = 15 - 0,0065 · Z,                                                       (4.3)

где Z - высота над уровнем моря, м;

Р_б - барометрическое давление, кПа;

t - температура воздуха, °С.

Парциальные давления сухого воздуха и водяного пара, входящих в состав влажного воздуха, можно определить в Па по уравнению Клапейрона:

P_с =                                                          (4.4)

P_п =                                                           (4.5)

где M_с - масса сухой части влажного воздуха;

M_п - масса водяного пара во влажном воздухе;

V - общий объем смеси;

Т - абсолютная температура смеси, К.

Масса водяного пара во влажном воздухе, приходящаяся на 1 кг массы сухой его части, называется влагосодержанием влажного воздуха

d =  ,      

Относительной влажностью воздуха называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе заданного состояния, к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре:

φ =  %.     

Удельная энтальпия влажного воздуха обычно используется в виде уравнения (1.10), поэтому в технике кондиционирования общепринятым является следующее определение: удельная энтальпия влажного воздуха J - это количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесенное к 1 кг сухого воздуха.

Энтальпия смеси газов равна сумме энтальпий компонентов, входящих в смесь. Следовательно, удельная энтальпия влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара.

J = J_с + J_п · d,                                                          (4.13)

где J_с - удельная энтальпия сухого воздуха, кДж/кг с.в.;

J_п - удельная энтальпия водяного пара, кДж/кг п.

Температура, соответствующая состоянию насыщения влажного воздуха при заданном значении влагосодержания или парциального давления, называется температурой точки росы. Температура точки росы является предельной температурой, до которой можно охлаждать влажный воздух при постоянном влагосодержании без выпадения конденсата.

Значения температуры точки росы при известном парциальном давлении можно определить по приложению 1 или, с достаточной для инженерных расчетов точностью, вычислить по формулам [7]:

при температуре от 0 до -60 °С

t_р =                                             (4.19)

при температуре от 0 до 87 °С

t_р =                                             (4.20)

где t_р - температура точки росы, °С;

P_н - парциальное давление насыщенного водяного пара, кПа.

Температура мокрого термометра - это температура, которую принимает ненасыщенный влажный воздух с начальными параметрами J₁ и d₁ в результате адиабатного тепло- и массообмена с водой в жидком или твердом состоянии, имеющей постоянную температуру t_w = t_м после достижения им насыщенного состояния, удовлетворяющего равенству

J_н = J₁ + (d_н - d₁) · c_w · t_м,                                                (4.21)

где с_w = 4,186 - удельная теплоемкость воды, кДж/кг·°С.

Плотность влажного воздуха ρ_в в кг/м³ представляет собой отношение массы влажного воздуха к объему:

ρ_в =   = 

Удельный объем влажного воздуха v_В принято определять, относя объем влажного воздуха v_В к массе сухого воздуха М_с

V_В =   =  .