Влажный воздух. Тема 6.1

1. Влажный воздух

Смесь сухого воздуха и водяного пара.
Основные параметры:
абсолютная и относительная влажность,
влагосодержание,
энтальпия (теплосодержание),
плотность,
парциальное давление пара в воздухе,
температура.

2. Влажный воздух − идеальный газ

С достаточной для технических расчетов степенью точности
влажный воздух подчиняется законам смеси идеальных газов.
Каждый компонент газовой смеси занимает тот же объем, что и
вся смесь, имеет температуру смеси и парциальное давление.
Влажный воздух бывает насыщенным и ненасыщенным.
Если пар насыщенный сухой – воздух насыщенный влажный.
При охлаждении такого воздуха – конденсация водяного пара.
Если пар перегретый – воздух ненасыщенный. Такой воздух
способен к увлажнению.

3. Свойства влажного воздуха

Закон Дальтона − общее давление газовой смеси равно сумме
парциальных давлений ее компонентов. Барометрическое
давление влажного воздуха равно сумме давлений сухого
воздуха и водяного пара:
p pв pп ,
где pп , p в– парциальное давление водяного пара и сухого
воздуха, Па;
Абсолютная влажность воздуха определяется массой водяного
пара в 1 м3 влажного воздуха (кг/м3), т.е. соответствует
плотности пара при температуре воздуха и парциальном
давлении.
Плотность влажного воздуха вл.в (в кг/м3) при давлении p и
температуре Т (К), определяется по уравнению:
вл.в в п

4. Уравнение Менделеева-Клапейрона

pv RT
пT0 ( p pп )
Плотность идеального газа: п
2,24Tp0
Для идеальных газов:
Масса водяного пара в воздухе может меняться от нуля до
максимального значения.
В насыщенном воздухе количество пара является предельно
возможным при данной температуре и равно массе пара в 1 м3
воздуха в состоянии насыщения.
Отношение абсолютной влажности к максимально возможной
при той же температуре и давлении называют относительной
влажностью воздуха или степенью насыщения.

5. Относительная влажность воздуха

Для идеальных газов плотность пара пропорциональна его
парциальному давлению при данной температуре:
pп
pнас
pп
100%
pнас
где pп − парциальное давление водяного пара в воздухе (при
температуре сухого термометра), Па;
pнас − давление насыщенного водяного пара при той же
температуре, Па.
При нагревании воздуха давление насыщения возрастает и
соответственно снижается относительная влажность.
Относительная влажность изменяется от 0 до 100%.
При φ = 0 – сухой воздух;
при φ = 100% − насыщенный воздух.

6. Влагосодержание воздуха

Количество водяного пара содержащегося во влажном воздухе и
приходящегося на 1 кг абсолютно сухого воздуха, объем
которого не изменяется:
pнас
d 0,622
p pнас
где d – влагосодержание воздуха, кгпара/кгвоздуха;
0,622 – отношение мольных масс водяного пара и воздуха.

7. Энтальпия

Удельная энтальпия влажного воздуха равна сумме удельной
энтальпии абсолютно сухого воздуха и удельной энтальпии
водяного пара.
h (c в c пd )t r0d (1,01 1,97d )t 2493d
где h – энтальпия влажного воздуха, кДж/кг;
c в 1,01 кДж/(кг C) – средняя удельная теплоемкость сухого
воздуха (при постоянном давлении);
cп 1,97 кДж/(кг C) – средняя удельная теплоемкость водяного пара;
t − температура воздуха (по сухому термометру), С;
r0 2493 кДж/кг – удельная теплота парообразования воды при 0 С.

8. Пересыщенный воздух

Температура точки росы – это температура, до которой
необходимо охладить влажный воздух, чтобы он перешел в
состояние насыщения (φ = 100%) при постоянном влагосодержании
(d = const).
Температура мокрого термометра – это температура, до которой
необходимо охладить влажный воздух, чтобы он перешел в
состояние насыщения при постоянной энтальпии (h = const).
Пересыщенный воздух
Влага распылена в виде мельчайших капель;
Неприменимы зависимости для идеальных газов

9. Диаграмма Рамзина(h-d или h-x)

Барометрическое давление 745 мм рт ст;
Угол между осями 135
Вертикальные прямые – d = const;
Наклонные прямые h = const;
линии постоянства температур;
линии постоянства относительной влажности;
парциального давления водяного пара;
температур мокрого термометра.
Линии φ = const
сходятся на оси ординат в точку (d = 0, t = −273°C);
имеют резкий перелом при t = 99,4°C, соответствующей
барометрическому давлению 745 мм рт ст;
линия φ = 100% делит диаграмму на область ненасыщенного и
пересыщенного воздуха.

10.

11.

12.

13.

Процессы изменения состояния
влажного воздуха
Перед подачей в помещения различных зданий и сооружений воздух
должен
пройти
так
называемую
тепловлажностную
(термодинамическую) обработку.
В вентиляционных установках и центральных кондиционерах
имеются функциональные элементы, в которых наружный воздух
может нагреваться, охлаждаться, увлажняться, осушаться.
Возможно смешивание потоков наружного и удаляемого из
помещения воздуха.

14.

Процесс нагревания
Для повышения температуры воздух получает явную теплоту от
сухой нагретой поверхности теплообмена.
В
процессе
1-2
получаемая
воздухом
теплота
идёт
на
повышение энтальпии.
Снижается
ность .
относительная
влаж-
Разность энтальпий h = h2− h1
определяет количество теплоты,
воспринятое 1 кг сухой части
воздуха.
Если через нагреватель протекает m (кг/с)
сухого воздуха, то тепловая мощность
нагревателя будет:
Q m (h2 h1 )

15.

Процесс охлаждения
Если
поток ненасыщенного
воздуха
соприкасается с поверхностью, имеющей
Влагосодержание
d при этом
остаётся
температуру
постоянным. ниже его температуры, но выше температуры точки росы tр (процесс
1-3),
отдача воздухом
явной
теплоты приводит к снижению внутренней
Если то
наружная
поверхность
охладителя
энергии,
температура
падает,ниже
уменьшается
воздуха имеет
температуру
tр, то наэнтальпия.
этой поверхности начинается процесс
конденсации водяных паров (1-3-4-5).
При этом выделяется теплота парообразования, называемая скрытой теплотой.
Фазовый переход пара в жидкость
приводит к снижению влагосодержания
воздуха, т. е. к его осушению.
Теоретически воздух после охлаждения выходит
полностью насыщенным (φ = 100%).
В реальных условия относительная
воздуха повышается, но φ < 100%.
влажность
Осушить воздух можно в процессах адсорбции и абсорбции.

16.

Процесс увлажнения
Увеличение влагосодержания d ненасыщенного воздуха происходит
при его непосредственном контакте с водой или водяным паром.
1-2-3 – изоэнтальпийное увлажнение
1-4-5 – изотермическое увлажнение

17. Смешение потоков воздуха

Параметр
Объём V1
Объём V2
Масса сухого
воздуха
m в1
mв2
m в1 m в 2
Масса паров
воды
m в1d1
m в 2d 2
(m в1 m в 2 )d
Влагосодержание
Баланс
энтальпий
Влажный воздух после смешения
d
m в1d1 m в 2d 2
m в1 m в 2
d1
d2
h1m в1
h2m в 2
h1m в1 h2m в 2
h1m в1 h2m в 2
h
m в1 m в 2
Энтальпия
h1
h2
Температура
t в1
t в2
Относительная
влажность
1
2
h 2501d
1 1,97d
1,608d p
1 1,608d pS
t

18.

Процесс смешивания потоков воздуха
В камеру смешивания центрального кондиционера поступают два
потока влажного воздуха с массами m1 и m2 = m1/n,
соответствующим влагосодержанием d1 и d2, температурами t1 и t2 и
энтальпиями h1 и h2.

19.

Определим параметры m3, d3, t3 и h3 потока воздуха, выходящего из
камеры смешивания. Пусть смешивание происходит при
постоянном давлении (p = const) и без теплообмена с внешней
средой.
Точка 3, характеризующая состояние влажного воздуха после
смешивания, должна находиться на прямой, соединяющей точки 1 и
2 (см диаграмму).
Положение результирующей точки может быть определено из
соотношения отрезков, обратно пропорционального расходам
воздуха:
1 3 m 2 m1 1
3 2 m1 nm1 n
Из диаграммы видно, что в ряде случаев при смешивании двух
потоков ненасыщенного влажного воздуха (точки 1ʹ и 2ʹ) может
образоваться пересыщенный воздух (туман) (точка 3ʹ).