Изобарная теплоемкость воздуха

ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ. АБСОЛЮТНАЯ ВЛАЖНОСТЬ, ВЛАГОСОДЕРЖАНИЕ И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА В атмосферном воздухе всегда есть влага в виде водяного пара. Смесь сухого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом. Водяной пар в воздухе может быть в насыщенном или перегретом состоянии. Соответственно этому влажный воздух бывает: 1. Насыщенным влажным воздухом – смесь сухого воздуха с насыщенным водяным паром. 2. Ненасыщенным влажным воздухом – смесь сухого воздуха с перегретым водяным паром. Температура, до которой нужно охладить ненасыщенный влажный воздух, чтобы он стал насыщенным, называется температурой точки росы. При дальнейшем охлаждении влажного воздуха происходит конденсация пара. Абсолютной влажностью называется масса пара, содержащегося в 1 м 3 влажного воздуха. Так как влажный воздух представляет собой газовую смесь, то объем пара в смеси равен объему всей смеси. Следовательно, абсолютная влажность может быть выражена через плотность пара кп в смеси при своем парциальном давлении pп, где Мп – масса пара.

Для нахождения состояния влажного воздуха в части его насыщенности влагой пользуются понятием влагосодержания. Под влагосодержанием d понимается величина отношения массы пара, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха, кг/кг или г/кг. Выведем формулу для определения влагосодержания через парциальное давление пара рп и давление влажного воздуха р. Для этого воспользуемся уравнениями состояния для сухого воздуха и водяного пара, содержащихся в V м 3 влажного воздуха. Разделив почленное первое уравнение на второе, получим. Учитывая, что рв = р – рп, находим.(а) Если парциальное давление водяного пара равно давлению насыщения, то.

где d' – максимальное влагосодержание, т.е. максимальное количество пара, которое может находиться в 1 кг сухого воздуха. Кроме абсолютной влажности пользуются еще понятием относительной влажности. Под относительной влажностью j понимают отношение действительной абсолютной влажности ненасыщенного воздуха к максимально возможной абсолютной влажности воздуха при той же температуре Относительная влажность изменяется в пределах от j = 0 (сухой воздух) до j = 1 (воздух, насыщенный влагой). Из уравнения Клапейрона следует, что.(b) Таким образом, если влажный воздух считать идеальным газом, то относительная влажность равна отношению парциального давления водяного пара в нем к максимально возможному давлению водяного пара при одинаковой температуре смеси. Из уравнений (а) и (b) следует. Отсюда можно заключить, что при р = рmax относительная влажность зависит только от влагосодержания d.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ И ЭНТАЛЬПИЯ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА Изобарную теплоемкость ср обычно относят к 1 кг сухого воздуха или к (1+d) кг влажного воздуха. Она равна сумме теплоемкостей 1 кг сухого воздуха и d кг пара, где срв – удельная изобарная теплоемкость сухого воздуха; срп – удельная изобарная теплоемкость водяного пара. Можно принять срв 1 к Дж/(кгК) = const; срп = 1,96 к Дж/(кгК). Тогда. Энтальпия влажного воздуха определяется как энтальпия газовой смеси, состоящей из 1 кг сухого воздуха и d кг водяного пара, где – энтальпия сухого воздуха; – энтальпия водяного пара, находящегося во влажном воздухе в перегретом состоянии; t – температура влажного воздуха; r – скрытая теплота парообразования; срвод =4,19 к Дж/(кгК) – удельная изобарная теплоемкость воды; ts – температура насыщения при парциальном давлении пара в смеси.

id–ДИАГРАММА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА Параметры влажного воздуха можно определить графически, пользуясь id – диаграммой влажного воздуха, предложенной Л.К.Рамзиным в 1918 г. (рис. 5.5). На этой диаграмме вертикальные линии – линии влагосодержания d (г/кг); линии, наклоненные к вертикальным линиям под углом 45°, являются линиями постоянных энтальпий. Кроме того, на диаграмме имеются линии постоянных температур влажного воздуха, кривые относительной влажности j воздуха, кривая парциальных давлений pп = f(d). Диаграмма обычно строится для какого-либо среднего барометрического давления. По id – диаграмме, зная температуру t и относительную влажность j, можно определить энтальпию i, влагосодержание d и парциальное давление pп. По температурам сухого и мокрого термометров можно определить температуру точки росы, т.е. температуру, при которой воздух насыщен водяным паром (j = 100%). Процесс нагрева влажного воздуха на id – диаграмме изображается вертикальной прямой линией (линия АВ) при d = const. Процесс охлаждения также протекает при d = const и изображается вертикальной прямой (линия МО). Этот процесс справедлив только до состояния полного насыщения (j = 100%). При дальнейшем охлаждении воздух будет пересыщен влагой, и она будет выпадать в виде росы.

Рис. 5.5

Процесс конденсации условно можно считать проходящим по линии j = 100%. Например, при конденсации от точки О до точки S количество образовавшейся воды будет равно d1–d2. Температура точки росы с помощью id – диаграммы находится следующим образом. Из точки, характеризующей данное состояние влажного воздуха, проводится вертикаль до пересечения с линией j = 100%. Изотерма, проходящая через эту точку пересечения, и будет определять температуру точки росы.