Определение характеристик влажного воздуха (стр. 2 )

, (13)

где hсв – энтальпия 1 кг сухого воздуха, кДж/кг; hвп – удельная энтальпия водяного пара, кДж/кг.

Энтальпия 1 кг сухого воздуха может быть определена из соотношения

hсв = cpm(св)×t. (14)

Удельная энтальпия перегретого водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, находится по формуле , (15)

где – средняя удельная изобарная теплоемкость воды, ; – средняя удельная изобарная теплоемкость водяного пара, ; – температура точки росы (температура насыщения) влажного воздуха при парциальном давлении водяного пара в смеси, ;
– скрытая теплота парообразования при парциальном давлении водяного пара в смеси, ; – температура влажного воздуха, .

Таким образом, с учетом выражений (14), (15), соотношение для определения энтальпии влажного воздуха принимает следующий вид:

. (16)

Скрытая теплота парообразования воды () при температуре насыщения водяного пара от 0 0С до 100 0С с достаточной степенью точности может быть определена из соотношения

. (17)

Если принять значения теплоемкостей воды и водяного пара на уровне , , а теплоемкости сухого воздуха – на уровне , то энтальпия влажного воздуха может быть определена по формуле

. (18)

Из соотношения (18) видно, что энтальпия влажного воздуха возрастает с увеличением его температуры и влагосодержания и не зависит от давления влажного воздуха.

Для определения характеристик влажного воздуха часто используется психрометры – приборы, состоящие из двух термометров. В одном из термометров термобаллон, в котором находится термометрическая жидкость, обернут влажной тканью. Такой термометр определяет температуру воды, находящуюся в потоке влажного воздуха , при которой тепловой поток, получаемый водой от влажного воздуха, равен тепловому потоку, который передается влажному воздуху за счет испарения воды, и называется «мокрым». Другой термометр измеряет температуру влажного воздуха и называется «сухим». Разность температур «сухого» и «мокрого» термометров () называется психрометрической разностью температур. По значению психрометрической разности температур с помощью прилагаемой к прибору таблице определяется относительная влажность воздуха ().

Если влажный воздух является ненасыщенным, то температура «мокрого» термометра всегда ниже температуры влажного воздуха . Для насыщенного влажного воздуха показания «сухого» и «мокрого» термометров совпадают .

Так как, интегральное значение теплового потока в процессе насыщения воздуха водяным паром за счет испарения воды, имеющей температуру «мокрого» термометра , равно нулю (), этот процесс называется процессом адиабатного насыщения воздуха. При этом, температура «мокрого» термометра часто называют температурой адиабатного насыщения воздуха.

Адиабатный процесс насыщения воздуха водяными парами, исходя из первого начала термодинамики

(19)

и учитывая то, что потенциальная работа в процессе насыщения равна нулю (), близок к изоэнтальпийному () [7].

Как отмечается в литературе, температура, фиксируемая «мокрым» термометром tм не равна истинной температуре «мокрого» термометра , а всегда несколько выше ее [8, 9]. Объясняется это передачей теплоты теплопроводностью от стенок капилляра и столбика термометрической жидкости в капилляре к термобаллону, а также лучистым теплообменом. Следует также отметить, что определенное влияние на психрометрическую разность температур () оказывает скорость потока влажного воздуха, омывающего «мокрый» термометр. Поправка к психрометрической разности температур () определяется соотношением

. (20)

На практике поправку к психрометрической разности температур обычно находят по графику в зависимости от показаний «мокрого» термометра и скорости потока влажного воздуха (рис. 1).

В инженерной практике для определения характеристик влажного воздуха и расчета процессов, происходящих с ним, широко используется
h-d диаграмма влажного воздуха.

Рисунок1. Поправка к психрометрической разности температур

Впервые h-d диаграмма для влажного воздуха была разработана и предложена для исследования термодинамических процессов с влажным воздухом профессором МВТУ в 1918 г. На этой диаграмме представлена графическая зависимость основных параметров воздуха при заданном барометрическом давлении (рис. 2) [5, 6, 9].

Рисунок 2. - h-d диаграмма для влажного воздуха при

На h-d диаграмме по оси абсцисс откладывается влагосодержание
(, г/кг сухого воздуха), а по оси ординат - энтальпия влажного воздуха ( сухого воздуха).

На диаграмме построены линии постоянной энтальпии () под углом 135 0 к оси ординат, линии постоянного влагосодержания () – они вертикальны, изотермы влажного воздуха (), линии постоянной относительной влажности воздуха () и линии постоянной температуры «мокрого» термометра – пунктирные ().

Кривая, построенная при значении относительной влажности воздуха является пограничной. Точки на этой кривой характеризуют состояния влажного воздуха, в которых водяной пар, находящийся в нем, является сухим насыщенным, а его парциальное давление равно давлению насыщения при температуре смеси . Влажный воздух в этих состояниях называется насыщенным. На линии насыщенного воздуха () пересекаются изотермы «сухого» () и «мокрого» () термометров, соответствующие одному и тому же значению температуры.

Область над кривой, характеризующей состояния насыщенного влажного воздуха, является областью ненасыщенного воздуха (), в которой водяной пар в воздухе находится в перегретом состоянии. Под кривой, характеризующей состояния насыщенного влажного воздуха (), расположена область пересыщенного воздуха (область тумана), в которой в воздухе присутствует влажный насыщенный пар (смесь сухого насыщенного пара и капелек жидкости).

На h-d диаграмме влажного воздуха также построена кривая зависимости парциального давления водяного пара от влагосодержания .

Точка на диаграмме, определяющая состояние влажного воздуха, может быть задана его двумя параметрами: , , и т. д. К примеру, точка A определяется по значениям температуры «сухого» и «мокрого» термометров (рис. 3).