2.2 Розрахунок умов конденсації водяної пари в атмосфері при радіаційному охолодженні земної поверхні

При радіаційному охолодженні земної поверхні охолоджується і прилеглий до неї шар повітря, що в багатьох випадках приводить до конденсації водяної пари.

Проводиться розрахунок умов конденсації насиченого вологого повітря з температурою t_a , яке охолоджується до температури t_ОХ :

Δа = а – а_ОХ , (2.4)

де абсолютна вологість насиченого повітря а та а_ОХ визначається відповідно:

а = 0.8 · Е /(1 + 0.004 · t_а ) , (2.5)

а_ОХ = 0.8 · Е_ОХ /(1 + 0.004 · t_ОХ ). (2.6)

 До уваги:

Температурою t_ОХ студенту рекомендується задатися таким чином:

1. для теплого періоду: t_ОХ = t_а - (5  10)⁰С

2. для холодного періоду: t_ОХ = t_а - (10  15)⁰С

 Для умов прикладу проекту:

а_ВП = 0.8 · 23.08 /(1 + 0.004 · 19.8 ) = 17.11 г/м³

а_ОХ = 0.8 · 12.28 /(1 + 0.004 · 10.0 ) = 9.45 г/м³ ,

де Е_ОХ – тиск насиченого повітря, охолодженого до температури t_ОХ, який визначається за таблицею додатка А даних методичних рекомендацій.

Різниця величин абсолютної вологості насиченого та охолодженного повітря становить

Δа = 17.11 – 9.45 = 7.66 г/м³ .

Таким чином, за таких умов в 1м ³ атмосферного повітря сконденсується 7.66г водяної пари.

2.3 Розрахунок умов конденсації водяної пари в атмосфері при змішуванні мас повітря

Конденсація водяної пари відбувається також при змішуванні двох близьких до стану насичення мас повітря, які мають різну температуру.

Розрахунок кількості водяної пари, що сконденсується і видалиться з повітря, та розрахунок підвищення температури суміші мас повітря викону-ється в наступній послідовності.

У першому наближенні температура суміші

t_C1 = ( t₁ + t₂ ) / 2 , (2.7)

де t₁ – температура повітря на рівні z₃ приймається t₁ = t_ВР³ (див. розділ 1.1), ^ОС;

t₂ - температура холодної маси повітря, ^ОС.

 До уваги:

Температурою t₂ студенту рекомендується задатися таким чином:

1. для теплого періоду: t₂ = t_ВР³ - (10  12)⁰С

2. для холодного періоду: t₂ = t_ВР³ - (13  15)⁰С

Тиск насиченої пари при t₁ і t₂ визначається за додатком А, а їх середнє значення становить

Е_СР = (Е₁ + Е₂) / 2 . (2.8)

При температурі суміші t_C1 і відповідному значенні тиску насиченої пари Е_С надлишок водяної пари становить

ΔЕ = Е_СР - Е_С1 . (2.9)

Визначається кількість вологи, г, що видаляється з 1кг надлишку насиченого вологого повітря в процесі конденсації (питома вологість)

ΔS = 622· ΔЕ / p . (2.10)

При конденсації водяної пари виділяється теплота конденсації. Її питома величина, кДж/кг, визначається як

q_К = 2500 + 1,806 · t_C1 , (2.11)

Загальна кількість теплоти конденсації визначається за залежністю

Q_К = q_К · ΔS . (2.12)

При цьому підвищується температура суміші повітря на величину

Δt = Q_К / c , (2.13)

де c = 1,005 кДж/ (кг ^оС) – питома теплоємність повітря при постійному атмосферному тиску.

Остаточно температура повітря, яку набула суміш у ході конденсато-утворення, визначається як

t_С = t_С1 + Δt . (2.14)

 Для умов прикладу проекту:

Виконується розрахунок відповідно до наведеної вище послідовності, але температура повітря t₁ прийнята для рівня z_2.

1. t_C1 = (20.38 + 5) / 2 = 12.7 ⁰С;

2. при t₁ =20.38 ^ОС → Е₁ = 23.96 гПа, при t₂ =5 ^ОС → Е₂ = 8.72 гПа,

при t_С1 =12.7 ⁰С → Е_С =14.69 гПа;

3) Е_СР =( 23.96 + 8.72) / 2 = 16.34 гПа;

4. ΔЕ = 16.34 – 14.69 = 1.65 гПа;

5. ΔS = 622· 1.65 / 1013.3 = 1.01 г/кг;

6. q_К = 2500 + 1.806 · 12.7 = 2523 кДж/кг;

7) Q_К = 2523 · 1.01·10 ^–3 = 2.55 кДж/кг;

8. Δt = 2.55 / 1.005 = 2.535 ⁰С;

9. t_С = 12.7 + 2.535 = 15.2 ⁰С.

Таким чином, при конденсації водяної пари температура суміші для умов прикладу підвищиться від 12.7 до 15.2 ^ОС.