7. Влажный воздух

Влажным воздухом называется смесь сухого воздуха и водяного пара. При давлениях, близких к атмосферному, и небольших парциальных давлениях пара оба компонента можно считать идеальными газами.

Насыщенный влажный воздух содержит насыщенный водяной пар, это воздух с максимально возможным при данной температуре количеством водяного пара, парциальное давление пара p_п в нем равно давлению насыщения при температуре влажного воздуха .

Ненасыщенный влажный воздух содержит перегретый пар, количество которого меньше максимально возможного .

Температура, до которой необходимо охладить ненасыщенный влажный воздух, чтобы он стал насыщенным, называется температурой точки росы t_р, она равна температуре насыщения при данном парциальном давлении водяного пара .

По закону Дальтона давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений его компонентов – сухого воздуха р_с.в и водяного пара р_п

. (7.1)

Для характеристики влажного воздуха используются следующие величины:

1. Влагосодержание – масса водяного пара М_п, отнесенная к массе сухого воздуха М_с.в.; кг/кг с.в.:

. (7.2)

2. Абсолютная влажность воздуха – масса пара, содержащаяся в 1 м³ влажного воздуха, численно равная плотности содержащегося в воздухе пара; кг/м³:

(7.3)

3. Относительная влажность воздуха – отношение абсолютной влажности воздуха при данной температуре к его максимально возможной влажности при той же температуре

. (7.4)

Относительная влажность может быть также найдена как отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщения при данной температуре

. (7.5)

Для измерения относительной влажности воздуха используют психрометры – приборы, состоящие из двух термометров. Один из них – сухой – показывает температуру влажного воздуха t_c, а другой – мокрый (его конец обернут влажной тканью) – показывает температуру испаряющейся влаги t_м. По разности температур с помощью психрометрических таблиц находят относительную влажность воздуха.

4. Энтальпия влажного воздуха определяется как сумма энтальпий 1 кг сухого воздуха и d кг водяного пара, кДж/кг с.в.:

. (7.6)

5. Молекулярная масса влажного воздуха как смеси двух идеальных газов равна

, (7.7)

где r_с.в., r_п – объемные доли сухого воздуха и водяного пара соответственно.

6. Плотность влажного воздуха можно найти из уравнения состояния идеального газа

. (7.8)

Для нахождения параметров влажного воздуха используется h–d диаграмма (рис. 7.1). На этой диаграмме оси располагаются под углом 135^о, но наклонная ось влагосодержания не вычерчивается, а значения влагосодержания с нее спроектированы на горизонталь, поэтому линии постоянной энтальпии (h = const) идут наклонно, а линии постоянного влагосодержания (d = const) – вертикальны. На диаграмме также нанесены линии относительной влажности и температур по сухому t_c и мокрому t_м термометрам.

Также по известному влагосодержанию d можно определить парциальное давление водяного пара p_п.

Основными процессами, в которых участвует влажный воздух, являются нагревание и охлаждение самого влажного воздуха, а также сушка с помощью горячего воздуха различных материалов. В процессе нагревания влажного воздуха, а также и охлаждения до температур выше t_р не меняется влагосодержание (d = const). Если же охлаждение воздуха идет до температуры ниже точки росы, то процесс идет до линии φ = 100 % (при этом воздух становится насыщенным), а далее – по линии φ = 100 % до конечной температуры. При этом из воздуха будет выпадать влага в виде конденсата.

Рис. 7.1. h – d диаграмма влажного воздуха

Процесс сушки материалов с помощью горячего воздуха с малой относительной влажностью протекает при постоянной энтальпии (h = const). При этом воздух испаряет влагу с поверхности материала, и его влагосодержание и относительная влажность увеличиваются.