Как найти парциальное давление сухого воздуха - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Статья подготовлена ведущим инженером-проектировщиком ООО «Легенда» Шубиным В.С.
+7 (812) 309-32-30, info@legenda-spb.com

1. Общие сведения о воздухе

Воздух (атмосферный воздух) – это смесь газов, основными компонентами которого являются азот и кислород, которые в сумме составляют 98-99%. Воздух необходим для существования и жизнедеятельности всех живых организмов.
Федеральный закон N 96-ФЗ от 04.05.1999 «Об охране атмосферного воздуха» трактует понятие «воздуха» следующим образом – «Атмосферный воздух — жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений».
Кислород, содержащийся в воздухе, в процессе дыхания поступает в клетки организма и используется в процессе окисления, в результате которого происходит выделение необходимой для жизни энергии (метаболизм, аэробы).
В 1754 году шотландский химик и физик Джозеф Блэк экспериментально доказал, что воздух представляет собой смесь газов, а не простое вещество.
Смесь газов, содержащихся в атмосферном воздухе, без водяного пара и аэрозолей называется сухим воздухом.
Химический состав сухого воздуха представлен в таблице 1:
Таблица 1

Газовый состав сухого воздуха относительно стабилен, однако от погоды, времени года, географического положения, высоты местности, природных (газообмен атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы) и антропогенных факторов (загрязнение от транспорта, объектов энергетики и промышленных предприятий и т.п.) возможны небольшие изменения количества некоторых компонентов.
При расчетах инженерных систем зданий и сооружений атмосферный воздух рассматривается как смесь сухого воздуха и водяных паров. В технической термодинамике смесь сухого и водяного пара называется влажным воздухом.
Основными физическими параметрами, характеризующими состояние влажного воздуха являются:

Температура;
Барометрическое давление;
Парциальное давление сухого воздуха и водяного пара;
Влагосодержание;
Относительная влажность;
Плотность;
Удельная энтальпия.

Температура воздуха – это физическое свойство воздуха, характеризующее его степень нагрева или охлаждения, определяемая с помощью термометров.
Барометрическое давление определяется высотой над уровнем моря. Значения барометрического давления для различных населенных пунктов приведены в таблице 3.1 СП 131.13330.2018 «Строительная климатология». Для зданий высотой до 100 метров, расположенных на относительно небольшой высоте на уровнем моря, с достаточной для инженерных расчетов точностью, можно принять барометрическое давление Рб равным 101325 Па.
Величина барометрического давления равна сумме парциального давления сухого воздуха (Рс) и парциального давления водяного пара (Рп).
Рб = Рс + Рп
Парциальное давление Р (Па) – это давление, которое имел бы газ, входящий в состав смеси, если бы он находился в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.
Парциальное давление сухого воздуха зависит от температуры воздуха, а парциальное давление водяного пара – от температуры воздуха и содержания влаги в нем.
Влагосодержание d (кг) – это величина, характеризующая отношение массы водяного пара во влажном воздухе Мп к массе сухого воздуха Мс в определенном объеме V.
d= Мп / Мc
Плотность влажного воздуха ρ (кг/м³) — это величина, характеризующая отношение суммы массы сухого воздуха Мс и массы водяного пара во влажном воздухе Мп к объему V.
ρ = (Мс + Мп) / V
Плотность влажного воздуха ρп, в диапазоне наиболее часто используемом для систем вентиляции и кондиционирования — от минус 40⁰С до плюс 50⁰С, отличается от плотности сухого воздуха ρс незначительно, на величину не более 5 %. Поэтому, с достаточной для инженерных расчетов степенью точности, можно принять ρ примерно равным ρс.
ρ ≈ ρс
Удельная энтальпия влажного воздуха I (Дж/кг) – это количество теплоты, содержащейся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесенное к 1 кг сухого воздуха. Удельная энтальпия влажного воздуха вычисляется по формуле:
I= cct+ (r+cпt)d
где:
t – Температура воздуха (С⁰);
d – Влагосодержание воздуха (кг / кг);
сс – Теплоемкость сухого воздуха;
сп – Теплоемкость водяного пара;
r – Удельная теплота парообразования воды.

2. Физические свойства влажного воздуха

2.1. Влажность воздуха

Влажность воздуха — это мера содержания влаги (водяного пара) в воздухе. Чем больше водяного пара в объеме воздуха, тем больше его влажность. При низкой влажности, мера водяного пара в воздухе снижена, и воздух становится сухим. Влажность воздуха на улице и в помещении меняется в зависимости от погодных условий, процессов жизнедеятельности людей, работы технического оборудования, системы отопления, вентиляции и кондиционирования.
Степень сухости и влажности воздуха, находятся в прямой зависимости от того, насколько водяной пар близок к насыщению, иными словами к 100-процентной влажности (т.е. такое состояние воздуха, при котором он полностью насыщен влагой). Если охладить влажный воздух, можно довести находящуюся в нем влагу до такого состояния, что она начинает конденсироваться, т.е. превращаться в воду. Данное явление можно наблюдать при охлаждении воздуха в обычном кондиционере, при охлаждении комнатного воздуха, в кондиционере начинает образовываться конденсат. В природе данное явление наблюдается при возникновении росы ранним утром, после конденсации охладившегося ночного воздуха.
Сам процесс конденсации охлаждаемого воздуха проявляется в появлении капель сконденсировавшейся жидкости – росы. Температура, при которой происходит перенасыщение водяного пара, находящегося в воздухе, т.е. возникновение конденсата, называется точкой росы.

2.2. Виды влажности, абсолютная и относительная влажность

Для того чтобы охарактеризовать влажность, употребляют такие термины, как абсолютная и относительная влажность воздуха.
Абсолютнаявлажность воздуха — это весовое количество водяных паров, содержащихся в 1м³ воздуха. В состоянии насыщения (при максимально возможном содержании влаги) абсолютную влажность воздуха называют влагоёмкостью.
Несмотря на то, что абсолютную влажность можно представить, тем не менее это не дает полного понятия о влажности или сухости воздуха. Для того, чтобы определить степень сухости или влажности воздуха, введено такое понятие, как относительная влажность.
Относительная влажность дает другое абстрактное понятие содержания влаги в воздухе. Данная величина показывает долю в процентном отношении, на сколько насыщен воздух водяным паром.
Другими словами, относительная влажность – это отношение массы влаги, находящейся в воздухе в данный момент, к максимальной массе влаге, которая вообще может находиться в этом объеме воздуха при данной температуре.
Когда говорят о влажности воздуха, например, в сводках метеопрогноза, всегда имеют в виду именно относительную влажность воздуха, выраженную в процентах.

2.3. Давление водяного пара.

Основной характеристикой влажности является парциальное давление водяного пара (давление водяного пара) и относительная влажность.
Водяной пар, как всякий газ, обладает упругостью, иными словами давлением. Давление водяного пара зависит от его плотности (массе в единице объема, кг/м³) и его абсолютной температуре. Оно выражается в тех же единицах, что и давление воздуха и всех его составных частей. В настоящее время в научной литературе обязательным является употребление Международной системы единиц (СИ), в которой основной единицей давления служит паскаль (1 Па = 1 Н/м²; 1 гПа= 102 Па).
Давление водяного пара в состоянии насыщения (т.е. при 100% относительной влажности, когда воздух при определенной температуре, полностью насыщен водяным паром) называют давлением насыщенного водяного пара. В данном состоянии водяной пар имеет максимальное давление, которое возможно при данной температуре. Например, при температуре 0°С давление насыщенного пара составляет 6,1 гПа. Если воздух содержит водяного пара меньше, чем нужно для насыщения его при данной температуре (т.е. достижения его максимального содержания влаги), можно определить, насколько воздух близок к состоянию насыщения.
Таким образом, имея два основных параметра:
e – фактическое давление водяного пара, находящегося в воздухе;
Е — давление насыщенного пара (с максимально возможным содержанием влаги) при данной температуре воздуха,
можно определить относительную влажность воздуха, выраженную в %, по следующей формуле:

Для примера, при температуре 20°С, давление пара, при его полном насыщении воздуха составляет 23,4 гПа. Если, в данный момент времени, фактическое давление водяного пара в воздухе будет составлять, например, 11,7 гПа, то относительная влажность воздуха составит:

Следует также заметить, что чем теплее воздух, тем больше водяного пара может он содержать в состоянии насыщения и, стало быть, тем больше может быть в нем давление водяного пара.

2.4. Влагосодержание

Влагосодержание (d) – это масса водяного пара (выраженная в граммах), приходящаяся на один килограмм сухого воздуха. Единица измеряется — г/кг.

где, mв.п. – масса водяного пара, растворенного в воздухе, г
mc.в. – масса сухого воздуха, кг.

2.5. I-d диаграмма влажного воздуха

I-d диаграмма влажного воздуха – это основной инструмент для отражения различных процессов изменения состояния воздуха – его нагрева, охлаждения, осушения и увлажнения.
Данная диаграмма значительно упрощает понимание различных процессов, происходящих с воздухом в системах вентиляции и кондиционирования, и позволяет легко снять данные о состоянии воздуха при любых его параметрах.
Данная диаграмма графически показывает полную взаимосвязь между основных параметрами состояния воздуха:

температурой
относительной влажностью
влагосодержанием
энтальпией
парциальным давлением паров воды.

Следует отметить, что все значения указаны при определенном значении состояния воздуха при атмосферном давлении – 101,3 кПа.
На I-d диаграмме (рисунок 1) представлены следующие линии:

криволинейные – линии относительной влажности (от 5 до 100%).
прямые — постоянной энтальпии, температуры, парциального давления и влагосодержания.

Определить состояние воздуха в любой точке диаграммы возможно, зная любые два его параметра.

Рисунок 1
Графическое изображение любого процесса изменения состояния воздуха значительно облегчается с помощью дополнительно нанесенной круговой диаграммы. На данной диаграмме под разными углами показаны значения тепло-влажностного отношения ε.
Данная величина определяется наклоном луча процесса и рассчитывается как:
ε = Q / W
где, Q – подведенное (отведенное) тепло или теплопоступления, кДж/ч;
W — влага, поглощаемая или выделяемая из воздуха, (кг/ч).
Значение тепло-влажностного отношения ε делит всю диаграмму на четыре основных зоны, по которым можно определить процесс изменения состояния воздуха:

ε = +∞ … 0 (нагрев + увлажнение).
ε = 0 … -∞ (охлаждение + увлажнение).
ε = -∞ … 0 (охлаждение + осушение).
ε = 0 … +∞ (нагрев + осушение).

Ниже приведены основные процессы увлажнения воздуха – адиабатический (рисунок 2) и изотермический (рисунок 3)

Рисунок 2 Рисунок 3

2.6. Изменение влажности в зависимости от температуры

Относительная влажность воздуха зависит от его температуры. В процессе изменения температуры воздуха (при его нагреве или охлаждении) относительная влажность воздуха также изменяется. Данный процесс обусловлен изменением парциального давления водяных паров, содержащихся в воздухе.
Например, в процессе нагрева воздуха парциальное давление водяных паров в состоянии полного насыщения ими воздуха начинает увеличиваться, это обусловлено расширением газа (воздуха) при его нагреве. Учитывая данный факт, при увеличении температуры воздуха его относительная влажность начинает снижаться.
В процессе охлаждения воздуха происходит обратный процесс. Парциальное давление водяных паров в состоянии полного насыщения снижается, при охлаждении воздух сжимается, что вызывает увеличение его относительной влажности.
Следует отметить, что в процессе нагрева воздуха его влагосодержание остается неизменным, так как масса водяного пара в единице сухого воздуха не изменяется (процесс нагрева проходит без подвода или отвода влаги).
Процесс охлаждения воздуха проходит несколько сложнее. Здесь ключевым фактором является возможность конденсации водяных паров, растворенных во влажном воздухе. Например, при охлаждении воздуха без конденсации водяных паров, его влагосодержание остается неизменным (так как процесс проходит без подвода или отвода влаги — как и процесс нагрева воздуха). В случае охлаждения воздуха с конденсацией водяных паров, падает как его температура, так и влагосодержание (часть влаги конденсируется из воздуха), воздуха осушается, при этом, как было сказано выше, его относительная влажность увеличивается.
Ниже на рисунке 4, на I-d диаграммах состояния влажного воздуха, для отображения сути процесса изменения относительной влажности и влагосодержания воздуха при изменении его воздуха, представлены следующие процессы:

нагрев воздуха
охлаждение воздуха без конденсации водяных паров
охлаждение воздуха с конденсацией водяных паров.

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

26 мая 2020, 09:40

ЛЕГЕНДА

Статьи

0

0

0

Источник

1. Понятие воздуха с точки зрения термодинамики
2. Влагосодержание, или абсолютная влажность.
3. Парциальное давление.
4. Относительная влажность.
5. Удельная теплоемкость и энтальпия воздуха.
6. Удельная теплоемкость и энтальпия воды.
7. Процесс парообразования.
8. Процесс парообразования. Испарение воды.
9. Процесс парообразования. Кипение воды.
10. Скрытая теплота парообразования.
11. Насыщенный пар.
12. Адиабатическое испарение воды.
13. Методы процесса увлажнения воздуха.
14. Изотермическое увлажнение воздуха.
15. Адиабатическое увлажнение воздуха.
16. Принципиальные различия изотермического и адиабатического
17. Увлажнители испарительного типа
18. Увлажнители распылительного типа: воздушно-водяные
19. Увлажнители распылительного типа: водяные
20. Сравнение системы испарительного типа и высоконапорной системы
21. Пример расчета производительности системы увлажнения воздуха.
22. Адиабатическое охлаждение воздуха с помощью системы увлажнения.

1. Понятие воздуха с точки зрения термодинамики.

Воздух, которым мы дышим, представляет собой смесь газообразных элементов и соединений и водяной пар, доля которого зависит от температуры воздуха и соответствующей влажности.

Понятие «влажный воздух» с точки зрения термодинамики определяют, как двухкомпонентную смесь.

Компонент 1: сухой воздух, состоящий из смеси газов

Компонент 2: водяной пар

Водяной пар легче воздуха. Например, плотность насыщенного пара при нормальном атмосферном давлении и температуре 0°С 0,00493 кг/м³, а воздуха 1,293 кг/м³.

2. Влагосодержание, или абсолютная влажность.

Абсолютная влажность это количество водяного пара x (г или кг), содержащееся в 1 кг сухого воздуха.

x = m_D / m_L, в кг водяного пара/кг сухого воздуха (1)

3. Парциальное давление.

В технике кондиционирования воздуха работают с таким параметром, как абсолютная влажность x.

В метеорологических же таблицах используют в качестве характеристической величины парциальное давление p_D.

Выведем зависимость абсолютной влажности от парциального давления.

Если допустить, что компоненты смеси «влажного воздуха» ведут себя как идеальные газы, то для смеси, как и для отдельных ее компонентов, имеет силу уравнение состояния для идеальных газов:

P·V = m·R·T (2)

Парциальное давление – давление газа (пара) в смеси, которое он оказывал бы при данной температуре, если бы он один занимал объем смеси.

Закон Дальтона: p = p₁ + p₂ + … + p_n (3)

Сумма парциальных давлений от p₁ до p_n компонентов от 1 до n равна полному давлению смеси.

Для влажного воздуха, согласно закона Дальтона (3) имеем:

p = p_L + p_D, где (4)

p_L– парциальное давление сухого воздуха;

p_D– парциальное давление водяного пара.

При использовании уравнения (2) для сухого воздуха и водяного пара с учетом высказывания Дальтона получаем для компонентов водяного пара:

p_D ·V = m_D·R_D·T (5)

для компонентов сухого воздуха

p_L ·V = m_L·R_L·T (6)

Соотношение масс компонентов согласно формуле (1) может быть описано через выражение:

m_D / m_L = p_D / p_L ·R_D / R_L

Значения газовых постоянных равны R_D = 461,5 Дж/кг·К и R_L = 287,1 Дж/кг·К

Получаем следующее уравнение зависимости абсолютной влажности от парциального давления:

x = 0,6221 p_D / p_L

и соответственно

x = 0,6221 p_D / p — p_D(7)

где p_D– парциальное давление водяного пара.

4. Относительная влажность.

Сухой воздух и водяной пар не подлежат безграничному смешиванию. Каждому значению температуры соответствует максимальное количество водяных паров, которое может содержаться в воздухе, и определенное парциальное давление этих паров.

Относительная влажность это отношение существующего парциального давления водяного пара к давлению насыщения при равной температуре.

φ = p_D / p_S

Температура, при которой начинается конденсация избыточного количества водяных паров, называется температурой «точки росы», а воздух, в котором начинается конденсация, называется насыщенным.

При понижении температуры ниже «точки росы» воды из воздуха выделяется в виде конденсата или тумана, т.е. абсолютная влажность x становится меньше.

5. Удельная теплоемкость и энтальпия воздуха.

Удельная теплоемкость показывает какое количество теплоты, необходимо для повышения температуры вещества массой 1 кг на 1 К.

Q = m·c·Δt (8)

в уравнении (8) с (кДж/кг·К) есть зависимая от температуры средняя удельная теплоемкость вещества.

Для сухого воздуха с_L ≈ 1,005 кДж/кг·К

Для водяного пара с_D ≈ 1,858 кДж/кг·К

Полная энтальпия влажного воздуха рассчитывается как:

h = m_L·h_L+ m_D·h_D

m_L

Поскольку x = m_D / m_L, энтальпия воздуха равняется:

h = h_L + x· h_D или h = с_L·t + x·(с_D·t + r₀)

Для расчета энтальпии водяного пара имеет силу упрощенная формула: h_D≈ с_D·t + r₀

где: с_D– средняя удельная теплоемкость водяного пара в пересчете на 0ºС (кДж/кг·К)

r₀ – теплота парообразования воды в пересчете на 0ºС (2500 кДж/кг)

Для расчета энтальпии сухого воздуха: h_L = с_L·t

Подставляя значения, в уравнение расчета полной энтальпии воздуха, получаем формулу:

h = 1,005·t + x·(1,858·t + 2500) или в приближенном варианте:

h ≈ t + x·(1,86·t + 2500) кДж/кг сухого воздуха

6. Удельная теплоемкость и энтальпия воды.

Энтальпия (теплосодержание) воды определяется количеством тепла, которое нужно затратить для нагрева 1 кг воды от 0ºС до заданной температуры.

Энтальпия – функция термодинамической системы, равная сумме внутренней энергии и произведения объема на давление.

Для воды удельную теплоемкость с достаточной для практических расчетов точностью принимают равной с=4,2 кДж/кг·К или 1 ккал/кг·Сº, т.к. удельная теплоемкость воды слабо зависит от температуры.

Количество теплоты (Q, ккал), которое необходимо сообщить телу (например, нагреваемой в котле воде) для повышения его температуры от t₁ до t₂, равно произведению массы тела (m, кг), его удельной теплоемкости (с, ккал/кг·Сº), разности конечной t₂и начальной t₁ температуры тела (Сº).

Пример: Циркуляция воды через водогрейный котел составляет 300 т/ч. Температура воды на входе в котел 70Сº, а температура воды на выходе из котла 100 Сº. Найти часовую производительность котла.

Q = m·c·(t₂— t₁) = 300·10³ · 1000 · (100 – 70) = 9·10⁹ = 9 Гкал/час

7. Процесс парообразования.

Парообразованием называется процесс превращения жидкости в пар.

Жидкость может превращаться в пар при испарении и кипении.

8. Процесс парообразования. Испарение воды.

При испарении образование пара происходит только с поверхности воды, и этот процесс имеет место быть при любой температуре.

Испарение воды может быть полным, если над водой находится неограниченное пространство.

В природе процесс испарения воды осуществляется в гигантских масштабах в любое время года: испарение в реках, морях и океанах.

При нагревании воды повышается ее температура и возрастает интенсивность испарения.

9. Процесс парообразования. Кипение воды.

При некоторой вполне определенной температуре, зависящей от давления, под которым находится вода начинается парообразование по всей массе воды. При этом внутри объема воды образуются пузырьки пара. Это явление называется кипением жидкости. Давление получающегося при этом пара такое же, как и среды, в которой происходит кипение.

Во время кипения воды, находящейся в открытом сосуде, температура ее остается неизменной, а вся вода при достаточном подводе тепла превращается в пар.

При достижении водой температуры кипения образуются небольшие паровые пузырьки, которые всплывают к поверхности воды, преодолевают силы поверхностного натяжения и вырываются в паровое пространство.

Объем пара при этом больше испарившейся воды примерно в 1700 раз.

10. Скрытая теплота парообразования.

Тепло, расходуемое на превращение кипящей воды в пар, называется скрытой теплотой парообразования, а это тепло, отнесенное к 1 кг воды, называется удельной теплотой парообразования.

Чтобы нагреть 1 кг воды при барометрическом давлении от 0ºС до 100ºС, требуется затратить примерно 100 ккал тепла, а скрытая теплота парообразования при этом равна примерно 500 ккал, т.е. в 5 раз больше.

Энтальпия насыщенного пара равна сумме энтальпии воды при температуре кипения и скрытой теплоты парообразования.

11. Насыщенный пар.

Пар, образующийся в присутствии кипящей воды, содержит капельки жидкости, и его называют влажным насыщенным паром. Удаление частиц воды из пара называется сепарацией.

Если продолжать нагревать сухой насыщенный пар, то температура его будет расти и станет выше температуры насыщения при том же давлении. Такой пар называют перегретым. Получают перегретый пар в специальном устройстве котла – пароперегревателе.

Перегретый пар при снижении температуры не конденсируется до момента достижения температуры насыщенного пара при том же давлении. С дальнейшим понижением температуры происходит конденсация водяных паров.

12. Адиабатическое испарение воды.

Переход воды из жидкого состояния в газообразное (пар) сопровождается поглощением теплоты испарения Q_и.

L_и = Q_и/m

Удельная теплота испарения воды L_и — это количество теплоты, необходимое, чтобы перевести 1 кг воды в парообразное состояние при постоянной температуре.

Удельная теплота испарения воды зависит от температуры, при которой испаряется вода. Эта зависимость определяется следующей эмпирической формулой:

L_и = (25 – 0,024t_в) 10⁵

где 25·10⁵ Дж/кг — удельная теплота испарения при температуре поверхности воды, равной 0°С; t_в — температура испаряющейся воды.

Источником ее обычно служит внутренняя энергия самой жидкости, поэтому при испарении она охлаждается.

Тепловые показатели воды аномальны по сравнению с аналогичными характеристиками других веществ.

Это обстоятельство обязано ее структуре, обусловленной водородными связями между молекулами, характеризующимися большей прочностью, чем межмолекулярные взаимодействия. Например, большая теплоемкость воды может быть объяснена только распадом ассоциированных молекул при нагревании. Так как распад этих молекул сопровождается поглощением энергии, то при нагревании воды теплота расходуется не только на повышение температуры, но и на распад ассоциированных молекул.

13. Методы процесса увлажнения воздуха.

Наибольшее практическое применение увлажнения воздуха получили два основных метода увлажнения:

Увлажнение воздуха
Изотермическое	Адиабатическое
при постоянной температуре ΔТ = 0	при постоянной энтальпии ΔQ = 0

14. Изотермическое увлажнение воздуха.

Способы изотермического увлажнения:

— паровое увлажнение

Изотермическое увлажнение происходит при постоянной температуре.

В воздух непосредственно поступает насыщенный пар.

Фазовый переход воды из жидкого в парообразное состояние осуществляется за счет внешних источников тепла.

Например, выделяемого тепла за счет прохождения электрического тока через воду (содержащую определенное количество минеральных солей).

С увеличением абсолютного влагосодержания энтальпия образуемой при этом водо-воздушной смеси растет путем увеличения скрытой составляющей тепла. При этом температура, характеризуемая явной составляющей тепла, остается неизменной.

15. Адиабатическое увлажнение воздуха.

Способы адиабатического увлажнения:

— испарительного типа

— распылительного типа (воздушно-водяной)

— распылительного типа (водяной)

— ультразвуковое увлажнение

Адиабатическое увлажнение воздуха происходит при постоянной энтальпии.

Фазовый переход из жидкого в парообразное состояние осуществляется путем свободного испарения воды.

При этом имеет место внутренний переход части явного тепла в скрытое тепло.

16. Принципиальные различия изотермического и адиабатического увлажнения воздуха

Большее энергопотребление, за счет компенсации скрытой теплоты испарения воды в ходе парообразования за счет внешних источников энергии.
Процесс парообразования происходит за счет внутреннего перераспределения энергии.

Изотермическое	Адиабатическое
Проще реализуется аппаратно	Требуется подготовленная вода
Генерация 10кг влаги требует 7,5 кВт*ч потребляемой энергии.	Генерация 10кг влаги требует 0,04 кВт*ч потребляемой энергии.

В связи с тем, что адиабатическое увлажнение является более экономичным, как минимум на 1-2 порядка, изотермическое увлажнение чаще используется для создания комфортных условий в быту, где дефицит влаги, как правило, не превышает 100 кг/ч.

Компания ЕС Инжиниринг охватываем множество индустриальных направлений по созданию микроклимата в помещениях путем увлажнения воздуха. Решить все задачи увлажнения воздуха однотипной системой невозможно, поэтому мы предлагаем несколько типов адиабатических систем увлажнения воздуха:

Система увлажнения внутри вентиляции
Система увлажнения открытым способом в помещении
Локальное увлажнение воздуха
Увлажнение «сухой туман»
Адиабатическое охлаждение воздуха

17. Увлажнители испарительного типа

Система реализуется в системах вентиляции.

В увлажнителях испарительного типа воздух прокачивается через панели, заполненные смачиваемой водой насадкой, в результате чего за счет пленочного испарения происходит насыщение воздуха парами воды.

Есть два варианта конструктивного исполнения увлажнителей данного типа:

— с рециркуляцией воды

— без рециркуляции воды

Основные принципиальные недостатки увлажнителей испарительного типа:

— отсутствие возможности регулирования количества испаряемой влаги с приемлемой точностью

— с рециркуляцией воды возникает опасность размножения бактерий в системе

— без рециркуляции воды только 15-30% воды используется по прямому назначению, т.е. испаряется и увлажняет обрабатываемый воздух, остальная часть воды идет в канализацию

— с рециркуляцией воды — 30-90% воды идет на промывку мембран увлажнителей для очистки их от соли и примесей

Производителями указываются в спецификации коэффициенты эффективности испарителей:

под этим подразумевается коэффициент эффективности мембраны, т.е. сколько теоретически испариться в воздух влаги в сравнении с количеством подаваемой воды.

Этот коэффициент не показывает долю обеспечения относительной влажности в помещении от количества используемой воды.

Компания ЕС Инжиниринг не рекомендует применение испарительных увлажнителей по причине опасности размножения бактерий и проблем с гигиеной внутри вентиляции.

18. Увлажнители распылительного типа: воздушно-водяные

Увлажнители распылительного типа (воздушно-водяные) осуществляют распыление воды через форсунки, к которым подводятся по отдельным трубопроводам вода и сжатый воздух.

Принцип работы: в увлажнитель поступает сжатый воздух и вода; методом инжекции вместе со сжатым воздухом она выходит через форсунку наружу. За счет резкого перепада давления смесь воздуха и воды расширяется, и вода мгновенно превращается в пар.

Установка данных увлажнителей целесообразна при производительности до 200 л/ч.

Для работы данной системы увлажнения необходим компрессор. Такие увлажнители создают шум при работе.

Компания ЕС Инжиниринг предлагает разновидность увлажнителя на сжатом воздухе «сухой туман», который совсем не дает конденсации. Это единственная система представленных на рынке, в которой вода от форсунок может попадать на трубопроводы, материалы и конденсации не будет.

19. Увлажнители распылительного типа: водяные

Увлажнители распылительного типа (водяные) осуществляют распыление воды высокого давления (70 бар) через форсунки. Такие системы называются высоконапорные системы увлажнения воздуха.

Благодаря минимальному энергопотреблению систем — 5 Вт на 1 л воды — высоконапорные системы являются наиболее подходящей технологией увлажнения больших (>10.000 м³/ч) и очень больших объемов воздуха (>500.000 м³/ч) помещений.

Принцип работы: насос создает давление воды 70 бар, вода выходит в пространство через отверстие форсунки Ø 0,1-0,2 мм, из-за резкого перепада давления, вода дробится на мелкую дисперсию и превращается в пар.

Широкий диапазон производительности оборудования, от 60 л/ч до 50000 л/ч, решает любые задачи увлажнения на производстве.

Системы безопасны с точки зрения санитарии, т.к. вода находится в замкнутом пространстве и не имеет контакта с воздухом. Для форсунок требуется очищенная вода.

Компания ООО «ЕС Инжиниринг» изготавливает, монтирует системы увлажнения воздуха высокого давления из комплектующих Danfoss. Насосы высокого давления компании Danfoss серии PAHT это единственные насосы, представленные на рынке, которые работают без смазки маслом, поэтому требуют минимального обслуживания и работают минимум 8000 часов! без обслуживания.

20. Сравнение системы испарительного типа и высоконапорной системы увлажнения воздуха

Испарительный тип

Увлажнители устанавливаются в внутри вентмашины системы вентиляции, т.е. требуется наличие вентмашины.

Кроме того, процесс увлажнения воздуха будет происходить только при работающей вентмашине в отличие от увлажнителей, распыляющих влагу непосредственно в помещении, которым не нужна вентмашина. При применении увлажнения в вентмашине требуется подогрев воздуха перед секцией увлажнения для того, чтобы водяной пар мог полностью испариться и не конденсировал ниже точки росы.

Для испарительных увлажнителей обычно требуется два калорифера, основной до секции увлажнения и калорифер доводчик требуемых параметров воздуха, после секции увлажнения.

Основные недостатки систем испарительного типа:

— нельзя регулировать количества испаряемой влаги с приемлемой точностью

— с рециркуляцией воды возникает опасность размножения бактерий в системе

— с рециркуляцией воды — 30-90% воды идет на промывку мембран увлажнителей для очистки их от соли и примесей

Высоконапорная система.

Реализуется как в составе вентустановки так и для объемного увлажнения непосредственно внутри помещения.

Единственный недостаток системы: для эксплуатации требуется подготовленная вода.

Позволяет с большой точностью поддерживать относительную влажность в помещении.

Вода в системе увлажнения не застаивается, т.е. нет опасности размножения бактерий.

21. Пример расчета производительности системы увлажнения воздуха.

Исходные параметры:

Подаваемый воздух снаружи: t_нар = 0 ºС; φ_нар = 60%

V_вент = 6000 м³/час

t_воды = 8 ºС

Требуемые параметры:

Воздух в помщении: t_внутр = 22 ºС; φ_внутр = 60%

Находим, что x_нар = 2,29 г/кг; x_внутр = 10,1 г/кг

m_воды = V_вент · ρ_возд · (x_внутр— x_нар)

m_воды = 6000 м³/час · 1,2 к/м³ · (10,1 – 2,29) г/кг · 10^-3 = 56 л/час

22. Адиабатическое охлаждение воздуха с помощью системы увлажнения.

Используется в летний период времени для понижения «пиковых» температур уличного воздуха выше 25°С, который идет на охлаждение теплообменных аппаратов.

Где применяется:

Наружные блоки кондиционеров
Рекуператоры вентмашин
Аппараты воздушного охлаждения (АВО)
Открытое воздушное пространство бытовых и промышленных помещений

В теплый период времени адиабатическое охлаждение позволяет понизить температуру приточного воздуха до 10 °C.

Можно использовать, как дополнительный эффект охлаждения воздуха взамен традиционного, что позволяет значительно экономить энергоресурсы.

Источник

Уравнения состояния атмосферного воздуха

Уравнение состояния газов применимо для теоретических расчётов и к сухому воздуху, и к водяному пару, и к влажному воздуху. Однако для влажного воздуха плотность зависит ещё и от упругости водяного пара, содержащегося в воздухе.

Уравнение состояния сухого воздуха имеет следующий вид:

где p — давление воздуха; ν — удельный объём сухого воздуха; T — абсолютная температура воздуха; R_c — удельная газовая постоянная воздуха, равная 287,05287 Дж/(кг К).

При замене удельного объёма v плотностью ρ = 1/v, уравнение состояния сухого воздуха примет вид:

Уравнение состояния влажного воздуха имеет следующий вид:

где s — массовая доля водяного пара; множитель (1 + 0,608s) можно отнести как к удельной газовой постоянной влажного воздуха, так и к температуре этого воздуха.

Уравнение состояния водяного пара с достаточной степенью точности можно записать в следующем виде:

где e — парциальное давление водяного пара; ν_n — удельный объём; R_n — удельная газовая постоянная водяного пара (R_n = R / M_n = 461,51 Дж / кг · К · R* = 8314,32 Дж/(кмоль∙K) — универсальная газовая постоянная).

Водяной пар отличается по своим свойствам от идеального газа (R_n не постоянна), но в пределах от 0 ºC до 40 ºC удельная газовая постоянная водяного пара близка к теоретическому значению. По этой причине уравнение состояния водяного пара может служить уравнением состояния как ненасыщенного, так и насыщенного водяного пара.

В метеорологии множитель (1 + 0,608s) обычно относят к температуре, для чего вводится понятие виртуальной температуры (Tv = T (1 + 0,608s) = T + ΔTv; ΔTv — виртуальный добавок).

С введением виртуальной температуры уравнение состояния влажного воздуха имеет вид:

где ρ = 1/ν — плотность влажного воздуха.

Из сравнения уравнений состояния сухого воздуха и влажного воздуха следует, что при одинаковой температуре и давлении плотность влажного воздуха всегда меньше плотности сухого воздуха. Физически это объясняется тем, что в состав влажного воздуха входит водяной пар, который вытесняет часть сухого воздуха.

Литература

Гидрометеорологическое Обеспечение Мореплавания — Глухов В.Г., Гордиенко А.И., Шаронов А.Ю., Шматков В.А. [2014]

Уравнение состояния газов

Основными характеристиками физического состояния газа являются его давление, температура и плотность. Все эти величины взаимозависимы. Газы сжимаемы, поэтому их плотность меняется в зависимости от давления и температуры. Связь между давлением, температурой и плотностью для идеальных газов дается уравнением состояния газов, известным из физики. Оно пишется

, (1)

где – давление; — удельный объем газа; — температура по шкале Кельвина;

— удельная газовая постоянная, зависящая от природы газа.

Для каждого газа существует температура, называемая критической, выше которой любой газ можно с большой степенью точности назвать идеальным. Если температура газа выше критической, то газ ни при каком давлении не может быть переведен ни в жидкое, ни в твердое состояние.

Идеальный газ, находясь в смеси с другими газами, ведет себя независимо от них, имея собственные давление плотность , удельный объем . В случае термодинамического равновесия смеси у всех газов должна быть общая температура Т. Общее давление газа, согласно закону Дальтона, должно равняться сумме их парциальных давлений.

Рассмотрим уравнение состояния газа применительно к сухому воздуху, поскольку он как смесь газов удовлетворяет изложенным выше положениям физики. В табл. 2 приведены значения критической температуры для основных газов, входящих в состав сухого воздуха.

Критическая температура газов, входящих в состав сухой атмосферы

Для сухого воздуха, кроме входящего в него углекислого газа, все газы имеют критическую температуру более низкую, чем температуры, наблюдаемые в земной атмосфере, т.е. сухой воздух можно считать смесью идеальных газов. Углекислый газ в атмосфере имеет очень малое парциальное давление, далекое от насыщающего, т.е. в естественных условиях он также не может сконденсироваться.

Для каждого газа, входящего в атмосферу, можно записать уравнение состояния

, (2)

где – парциальное давление, — удельный объем, – удельная газовая постоянная для соответствующего газа, входящего в смесь.

Удельная газовая постоянная связана с универсальной R= 8,31441·103 Дж/кмоль·К так:

, (3)

где – относительная молекулярная масса газа.

Общее давление смеси

. (4)

Принимая массу сухого воздуха равной единице, а массу газа , имеем

, (5)

где: – удельный объем сухого воздуха

Используя уравнения (1), (4) и (5), запишем

(6)

, (7)

где – удельная газовая постоянная сухого воздуха. Она представляет собой результирующую вклада каждой компоненты смеси пропорционально удельной газовой постоянной и относительной массы в смеси каждого газа

. (8)

Относительная молекулярная масса сухого воздуха при известном по углеродной шкале получается на основе универсальной газовой постоянной

= 28,97 кг/моль. (9)

Рассмотрим влажный воздух как смесь сухого воздуха и водяного пара. Поскольку критическая температура водяного пара равна 374ºС, он как примесь идеального газа к смеси газов, формирующих сухой воздух, рассматриваться не может. Условие, когда фактическая температура меньше критической, является необходимым, но недостаточным для перехода газа в жидкость или твердое состояние. Необходимо также, чтобы его парциальное давление достигло состояния насыщения. Последнее является только функцией температуры, свойств газа и формы поверхности, для которой она рассчитывается. Здесь будет рассмотрен водяной пар, который до момента насыщения можно считать примесью идеального газа.

Уравнение состояния водяного пара можно представить в следующем виде:

, (10)

где — парциальное давление, – удельный объем, – удельная газовая постоянная водяного пара.

= 461,5 Дж/кг·К, (11)

где = 18,015 кг/моль – относительная молекулярная масса водяного пара.

Как показывают экспериментальные исследования и расчеты, в диапазоне температур от 0 до 40ºС удельная постоянная водяного пара практически совпадает с теоретической и не меняется.

Для вывода уравнения состояния рассмотрим 1 кг влажного воздуха. В нем содержится q кг водяного пара и кг сухого воздуха. Обозначим через и удельные объемы водяного пара, сухого и влажного воздуха.

Сухой воздух и водяной пар равномерно распределены по объему влажного воздуха и полностью его занимают. Удельные объемы водяного пара и сухого воздуха соответственно равны

и . (12)

Если обозначить — общее давление, —общую температуру, – парциальное давление сухого воздуха, то уравнение состояния сухой части воздуха имеет вид

. (13)

Отношение удельных газовых постоянных водяного пара и сухого воздуха

= 1,608 (14)

Заменив удельную газовую постоянную водяного пара удельной газовой постоянной сухого воздуха с соответствующим коэффициентом, получим уравнение состояния влажного воздуха

Множитель (1 + 0,608q) в метеорологии относят к температуре, вводя понятие виртуальной температуры

Она всегда не меньше молекулярной, так как влажность может меняться от 0 до насыщающей.

Таким образом, виртуальная температура – это температура, которую должен иметь сухой воздух, чтобы его плотность при том же давлении была равна плотности влажного воздуха.

Плотность влажного воздуха всегда меньше плотности сухого. В некоторых случаях это может служить дополнительным фактором, способствующим развитию свободной конвекции в атмосфере.

Плотность воздуха в каждом месте непрерывно меняется во времени. Кроме того, она сильно меняется с высотой, потому что с высотой меняются также атмосферное давление и температура воздуха. Давление с высотой всегда уменьшается, а вместе с ним убывает и плотность. Температура с высотой по большей части понижается, по крайней мере в нижних 10-15 кматмосферы. Но падение температуры влечет за собой повышение плотности. В результате совместного влияния изменения давления и температуры плотность с высотой, как правило, понижается, но не так сильно, как давление. В среднем для Европы она равна у земной поверхности 1250 г/м3, на высоте 5 км – 735 г/м3, 10 км – 411 г/м3, 20 км – 87 г/м3.

На высотах около 300 кмплотность воздуха имеет порядок величины 10-8 г/м3, т.е. в сто миллиардов раз меньше, чем у земной поверхности. На высоте 500 км плотность воздуха уже 10-9 г/м3,на высоте 750 км – 10-10 г/м3или еще меньше. Эти значения плотности ничтожны по сравнению с приземными. Но все же до высот более 20 тыс. кмплотность воздуха остается значительно большей, чем плотность вещества в межпланетном пространстве.

Если бы плотность воздуха не менялась с высотой, а оставалась на всех уровнях такой же, как у земной поверхности, то для высоты атмосферы получилась бы величина около 8000 м.В самом деле, приземная плотность сухого воздуха при давлении 760 мми температуре 0° равна 1293 г/м3;столб воздуха с этой плотностью должен был бы иметь высоту, очень близкую к 8000 м,чтобы производить такое же давление, какое производит столб ртути в 760 мм высотой (1033 г/см3).Указанная высота (8000 м)называется высотой однородной атмосферы. В действительности плотность воздуха с высотой убывает, и потому истинная высота атмосферы равняется многим тысячам километров.

Теория парообразования и увлажнения воздуха

1. Понятие воздуха с точки зрения термодинамики.

Понятие «влажный воздух» с точки зрения термодинамики определяют, как двухкомпонентную смесь.

Компонент 1: сухой воздух, состоящий из смеси газов

Компонент 2: водяной пар

Водяной пар легче воздуха. Например, плотность насыщенного пара при нормальном атмосферном давлении и температуре 0°С 0,00493 кг/м 3 , а воздуха 1,293 кг/м 3 .

2. Влагосодержание, или абсолютная влажность.

Абсолютная влажность это количество водяного пара x (г или кг), содержащееся в 1 кг сухого воздуха.

x = m_D / m_L, в кг водяного пара/кг сухого воздуха (1)

3. Парциальное давление.

В технике кондиционирования воздуха работают с таким параметром, как абсолютная влажность x.

В метеорологических же таблицах используют в качестве характеристической величины парциальное давление p_D.

Выведем зависимость абсолютной влажности от парциального давления.

Сумма парциальных давлений от p₁ до p_n компонентов от 1 до n равна полному давлению смеси.

Для влажного воздуха, согласно закона Дальтона (3) имеем:

p_L – парциальное давление сухого воздуха;

p_D – парциальное давление водяного пара.

для компонентов сухого воздуха

Соотношение масс компонентов согласно формуле (1) может быть описано через выражение:

Значения газовых постоянных равны R_D = 461,5 Дж/кг·К и R_L = 287,1 Дж/кг·К

Получаем следующее уравнение зависимости абсолютной влажности от парциального давления:

где p_D – парциальное давление водяного пара.

4. Относительная влажность.

5. Удельная теплоемкость и энтальпия воздуха.

в уравнении (8) с (кДж/кг·К) есть зависимая от температуры средняя удельная теплоемкость вещества.

Для сухого воздуха с_L ≈ 1,005 кДж/кг·К

Для водяного пара с_D ≈ 1,858 кДж/кг·К

Полная энтальпия влажного воздуха рассчитывается как:

Поскольку x = m_D / m_L, энтальпия воздуха равняется:

Для расчета энтальпии водяного пара имеет силу упрощенная формула: h_D ≈ с_D·t + r₀

где: с_D – средняя удельная теплоемкость водяного пара в пересчете на 0ºС (кДж/кг·К)

r₀ – теплота парообразования воды в пересчете на 0ºС (2500 кДж/кг)

Для расчета энтальпии сухого воздуха: h_L = с_L·t

Подставляя значения, в уравнение расчета полной энтальпии воздуха, получаем формулу:

h = 1,005·t + x·(1,858·t + 2500) или в приближенном варианте:

h ≈ t + x·(1,86·t + 2500) кДж/кг сухого воздуха

6. Удельная теплоемкость и энтальпия воды.

Количество теплоты (Q, ккал), которое необходимо сообщить телу (например, нагреваемой в котле воде) для повышения его температуры от t₁ до t₂, равно произведению массы тела (m, кг), его удельной теплоемкости (с, ккал/кг·Сº), разности конечной t₂ и начальной t₁ температуры тела (Сº).

Q = m·c·(t₂ — t₁) = 300·10 3 · 1000 · (100 – 70) = 9·10 9 = 9 Гкал/час

7. Процесс парообразования.

Парообразованием называется процесс превращения жидкости в пар.

Жидкость может превращаться в пар при испарении и кипении.

8. Процесс парообразования. Испарение воды.

Испарение воды может быть полным, если над водой находится неограниченное пространство.

При нагревании воды повышается ее температура и возрастает интенсивность испарения.

9. Процесс парообразования. Кипение воды.

Объем пара при этом больше испарившейся воды примерно в 1700 раз.

10. Скрытая теплота парообразования.

11. Насыщенный пар.

12. Адиабатическое испарение воды.

Переход воды из жидкого состояния в газообразное (пар) сопровождается поглощением теплоты испарения Q_и.

где 25·10 5 Дж/кг — удельная теплота испарения при температуре поверхности воды, равной 0°С; t_в — температура испаряющейся воды.

Источником ее обычно служит внутренняя энергия самой жидкости, поэтому при испарении она охлаждается.

Тепловые показатели воды аномальны по сравнению с аналогичными характеристиками других веществ.

13. Методы процесса увлажнения воздуха.

Наибольшее практическое применение увлажнения воздуха получили два основных метода увлажнения:

Увлажнение воздуха
Изотермическое	Адиабатическое
при постоянной температуре ΔТ = 0	при постоянной энтальпии ΔQ = 0

14. Изотермическое увлажнение воздуха.

Способы изотермического увлажнения:

Изотермическое увлажнение происходит при постоянной температуре.

В воздух непосредственно поступает насыщенный пар.

Фазовый переход воды из жидкого в парообразное состояние осуществляется за счет внешних источников тепла.

15. Адиабатическое увлажнение воздуха.

Способы адиабатического увлажнения:

— распылительного типа (воздушно-водяной)

— распылительного типа (водяной)

Адиабатическое увлажнение воздуха происходит при постоянной энтальпии.

Фазовый переход из жидкого в парообразное состояние осуществляется путем свободного испарения воды.

При этом имеет место внутренний переход части явного тепла в скрытое тепло.

16. Принципиальные различия изотермического и адиабатического увлажнения воздуха

Изотермическое	Адиабатическое
Проще реализуется аппаратно	Требуется подготовленная вода
Генерация 10кг влаги требует 7,5 кВт*ч потребляемой энергии.	Генерация 10кг влаги требует 0,04 кВт*ч потребляемой энергии.

Система увлажнения внутри вентиляции
Система увлажнения открытым способом в помещении
Локальное увлажнение воздуха
Увлажнение «сухой туман»
Адиабатическое охлаждение воздуха

17. Увлажнители испарительного типа

Система реализуется в системах вентиляции.

Есть два варианта конструктивного исполнения увлажнителей данного типа:

— с рециркуляцией воды

— без рециркуляции воды

Основные принципиальные недостатки увлажнителей испарительного типа:

— отсутствие возможности регулирования количества испаряемой влаги с приемлемой точностью

— с рециркуляцией воды возникает опасность размножения бактерий в системе

— с рециркуляцией воды — 30-90% воды идет на промывку мембран увлажнителей для очистки их от соли и примесей

Производителями указываются в спецификации коэффициенты эффективности испарителей:

18. Увлажнители распылительного типа: воздушно-водяные

Установка данных увлажнителей целесообразна при производительности до 200 л/ч.

Для работы данной системы увлажнения необходим компрессор. Такие увлажнители создают шум при работе.

19. Увлажнители распылительного типа: водяные

Благодаря минимальному энергопотреблению систем — 5 Вт на 1 л воды — высоконапорные системы являются наиболее подходящей технологией увлажнения больших (>10.000 м 3 /ч) и очень больших объемов воздуха (>500.000 м 3 /ч) помещений.

20. Сравнение системы испарительного типа и высоконапорной системы увлажнения воздуха

Увлажнители устанавливаются в внутри вентмашины системы вентиляции, т.е. требуется наличие вентмашины.

Основные недостатки систем испарительного типа:

— нельзя регулировать количества испаряемой влаги с приемлемой точностью

— с рециркуляцией воды возникает опасность размножения бактерий в системе

— с рециркуляцией воды — 30-90% воды идет на промывку мембран увлажнителей для очистки их от соли и примесей

Реализуется как в составе вентустановки так и для объемного увлажнения непосредственно внутри помещения.

Единственный недостаток системы: для эксплуатации требуется подготовленная вода.

Позволяет с большой точностью поддерживать относительную влажность в помещении.

Вода в системе увлажнения не застаивается, т.е. нет опасности размножения бактерий.

21. Пример расчета производительности системы увлажнения воздуха.

Подаваемый воздух снаружи: t_нар = 0 ºС; φ_нар = 60%

V_вент = 6000 м 3 /час

Воздух в помщении: t_внутр = 22 ºС; φ_внутр = 60%

Находим, что x_нар = 2,29 г/кг; x_внутр = 10,1 г/кг

m_воды = 6000 м 3 /час · 1,2 к/м 3 · (10,1 – 2,29) г/кг · 10 -3 = 56 л/час

22. Адиабатическое охлаждение воздуха с помощью системы увлажнения.

Наружные блоки кондиционеров
Рекуператоры вентмашин
Аппараты воздушного охлаждения (АВО)
Открытое воздушное пространство бытовых и промышленных помещений

источники:

http://3ys.ru/vozdukh-i-atmosfera-radiatsionnyj-rezhim-atmosfery/uravnenie-sostoyaniya-gazov.html

http://es-engineering.ru/theory-of-vaporization-and-humidification/

Источник

Парциальное давление сухого воздуха с учетом плотности пара Решение

ШАГ 0: Сводка предварительного расчета

ШАГ 1. Преобразование входов в базовый блок

Плотность пара: 32 Килограмм на кубический метр —> 32 Килограмм на кубический метр Конверсия не требуется
Температура сухого термометра: 350 Кельвин —> 350 Кельвин Конверсия не требуется
Удельная влажность: 0.25 —> Конверсия не требуется

ШАГ 2: Оцените формулу

ШАГ 3: Преобразуйте результат в единицу вывода

12857600 паскаль —>128.576 Бар (Проверьте преобразование здесь)

6 Плотность пара Калькуляторы

Парциальное давление сухого воздуха с учетом плотности пара формула

Парциальное давление сухого воздуха = (Плотность пара*287*Температура сухого термометра)/Удельная влажность

p_a = (ρ_v*287*t_d)/ω

Источник

Влагосодержание

Воздух,
не содержащий водяного пара, называется
сухим. Если сухому воздуху показать
каплю воды, он мгновенно её испарит и
станет влажным. Итак, влагосодержание
— это отношение массы воды к массе сухого
воздуха, в котором эта вода испарилась.
Однако, продолжим: вторую каплю он также
испарит, но немного медленнее. Третья
капля испарится ещё медленнее. Наконец,
на N-ной капле воздух “устанет” вбирать
в себя воду. Он насытится ею, “напьется
водой”. Это будет насыщенный влажный
воздух.
Влагосодержанием
d воздуха называют количество водяных
паров, выражаемое в граммах, содержащееся
в 1 кг сухого воздуха.

Парциальное давление водяного пара

Влажный
воздух в своём составе имеет водяной
пар. Парциальным давлением водяного
пара влажного воздуха называется то
давление, которое обретет водяной пар
в замкнутом объёме, если из этого объема
убрать весь сухой воздух. Очевидно, что
в воздухе водяного пара совсем мало (об
этом нам говорит влагосодержание,
которое измеряется величинами порядка
0.005…0.03 кг/кг), а, значит, при исчезновении
сухого воздуха из некого объёма,
оставшийся пар будет вполне вольготно
себя чувствовать в предоставленном
объеме, следовательно, иметь низкое
давление. Это означает, что и парциальное
давление водяного пара достаточно
низко. Действительно, оно измеряется
тысячами Паскалей, а ведь атмосферное
давление воздуха равно примерно ста
тысячам Паскалей. Снова вернемся к
поглощаемым каплям.

Движущей
силой процесса испарения служит именно
разность парциальных давлений. У капли
воды оно равно некоторой величине, а у
сухого воздуха — нулю. Процесс испарения
максимально активен. Далее, парциальное
давление водяного пара растет, процесс
замедляется и заканчивается в условиях
их равенства. Водяным паром во влажном
воздухе достигнуто давление насыщения.
Оно же называется давлением насыщенного
водяного пара.

Энтальпия

Далее,
любое вещество обладает некоторой
энергией. Очевидно, его энергия тем
больше, чем выше температура. Для сухого
воздуха это единственный параметр,
определяющий энтальпию. Однако для
влажного воздуха следует учесть, что
при той же температуре он включает в
себя и энергию испаренной влаги —
энтальпия влажного воздуха зависит и
от температуры и от влагосодержания.
Причем при той же температуре в зависимости
от влагосодержания разброс энтальпий
может быть огромен — и 100 и 200 и 300% — чем
выше температура, тем выше. Это
невооруженным глазом видно из
I-d-диаграммы: чем выше температура, тем
выше рассматриваемая изотерма и тем
больше наклонных изоэнтальп её пересекает.
Итак, энтальпия
влажного воздуха
— это сумма энтальпий сухого воздуха и
водяного пара, причем первая пропорциональна
температуре (коэффициент пропорциональности
— теплоемкость сухого воздуха), а вторая
пропорциональна влагосодержанию.

Относительная влажность

Следующий
вопрос: как определить, насколько
имеющийся влажный воздух насыщен водяным
паром? Другими словами, каково отношение
текущего давления водяного пара к
давлению насыщения? На этот вопрос в
точности отвечает относительная
влажность, разве что для удобства
измеряется она в процентах, а потому
упомянутое отношение умножается на
100%. Итак, относительная влажность — это
отношение текущего давления водяного
пара к максимально возможному для данной
температуры.

Относительную
влажность измеряют в долях единицы или
в процентах.

Для
измерения относительной влажности
воздуха наиболее распространенным
прибором является психрометр. Он состоит
из двух термометров, укрепленных рядом
на одном штативе. Шарик одного термометра,
называемого мокрым, окутан гигроскопической
материей, свободный конец которой опущен
в резервуар с водой. Второй термометр,
называемый сухим, измеряет температуру
окружающей среды.

Принцип
его действия состоит в следующем.
При испарении воды с поверхности материи
вокруг мокрого термометра создается
слой насыщенного воздуха и термометр
показывает температуру насыщения при
парциальном давлении насыщенного пара.
Влагосодержание насыщенного воздуха
зависит от его парциального давления.
Сухой термометр измеряет температуру
перегретого пара, находящегося в
отдаленных от мокрого термометра слоях
влажного воздуха и имеющего меньшее
влагосодержание. Благодаря разности
парциальных давлений и влагосодержаний
между соседними слоями насыщенного и
ненасыщенного воздуха происходит
диффузия влаги из насыщенного в
ненасыщенный воздух. Убыль влаги
компенсируется ее испарением с открытой
поверхности, и воздух вокруг мокрого
термометра вновь становится насыщенным.
Очевидно, чем выше разность влагосодержаний
в насыщенных и ненасыщенных слоях
воздуха, тем соответственно выше разность
в показаниях температур сухого и мокрого
термометров. Если температура сухого
термометра равна температуре мокрого,
то воздух полностью насыщен паром и
относительная влажность равна 100%.

Температуру,
при которой влажный воздух имеет
относительную влажность, равную 100%,
называют точкой росы. В точке росы воздух
полностью становится насыщенным водяным
паром. Пар в таком воздухе является
также насыщенным. В ненасыщенном влажном
воздухе пар находится в перегретом
состоянии.

Процессы
изменения параметров влажного воздуха

Оборудование,
так или иначе связанное в своей работе
с влажным воздухом, меняет его параметры
— увеличивает температуру, добавляет в
него влагу или осушает и т.д. Для
проектирования и расчета режимов работы
этого оборудования необходимо знать
основные характеристики и методы
реализации процессов изменения параметров
влажного воздуха.

Выделяют
следующие процессы:

Нагрев,
Охлаждение,
Увлажнение,
Осушение,
Смешение
потоков,
Контакт
с поверхностью воды.

Необязательно,
но может пригодиться

Влажный
воздух
при данном давлении
и температуре
может содержать разное количество
водяного пара.

Если
смесь состоит из сухого воздуха
и насыщенного водяного пара,
то его называют насыщенным влажным
воздухом.

В
этом случае во влажном воздухе
находится максимально возможное для
данной температуры
количество водяного пара.
При охлаждении этого воздуха,
будет происходить конденсация
водяного пара.
Парциальное давление
водяного пара
в этой смеси равно давлению
насыщения при данной температуре.

Если
влажный воздух
содержит при данной температуре
водяной пар
в перегретом состоянии, то он будет
называться ненасыщенным.

Так
как в нем находится не максимально
возможное для данной температуры
количество водяного пара,
то он способен к дальнейшему увлажнению.

Поэтому
такой воздух
используют в качестве сушильного агента
в различных сушильных установках.

По
закону
Дальтона
общее
давление
влажного воздуха
равно сумме парциальных давлений
сухого воздуха
и водяного пара,
входящих в его состав:Р = Р_В
+ Р_П
, (6.9)

где:
Р_В
– парциальное давление
сухого воздуха;

Р_П
— парциальное давление
водяного пара.

Максимальное
значение Р_П
при данной температуре
влажного воздуха
t представляет собой давление
насыщенного водяного пара
— Р_Н.

Абсолютной
влажностью
воздуха
называется количество водяных паров,
находящихся в 1 м³
влажного воздуха.
Абсолютная влажность
равна плотности пара
при его парциальном давлении
и температуре
воздуха
– t_н.

Отношение
абсолютной влажности
ненасыщенного воздуха
при данной температуре
к абсолютной влажности
насыщенного воздуха
при той же температуре
называется относительной влажностью
воздуха

j
= с_п
/ с_н
или j = с_п
/ с_н
·100% , (6.10)

Для
сухого воздуха
j = 0, для ненасыщенного j < 1, для насыщенного
j = 1(100%).

Если
водяной пар
считать как идеальный
газ,
то по закону
Бойля-Мариотта
отношение плотностей можно заменить
отношением давлений.
Тогда:

j
= r_П
/ Р_Н
или r = Р_П
/ Р_Н
·100% . (6.11)

Плотность
влажного воздуха
слагается из масс, содержащихся в 1 м³
сухого воздуха
и водяных паров:

r
= r_в
+ r_п
= P_B/(R_B·T)
+ j/n^»
. (6.12)

Молекулярная
масса
влажного воздуха
определяют по формуле:

m
= 28,95 – 10,934j P_Н/P
(6.13)

Значения
Р_Н
и n^»при
температуре
воздуха
t берутся из таблицы водяного пара,
j – по данным психрометра, P — по барометру.

Влагосодержание
– представляет собой отношение массы
пара
к массе сухого воздуха:

d
= М_П/
М_В
, (6.14)

где:
М_П,
М_В
– соответственно массы пара
и сухого воздуха
во влажном воздухе.

Связь
между влагосодержанием с относительной
влажностью:

d
= 0,622 j·Р_Н·/(Р
— j·Р_Н).
(6.15)

Газовая
постоянная:

R
= 8314/м = 8314/(28,95 – 10,934·m·Р_Н/P).
(6.16)

Объем
влажного воздуха,
приходящегося на 1 кг сухого воздуха:

V_ВЛ.В
= R·T/P. (6.17)

Удельный
обьем влажного воздуха:

n
= V_ВЛ.В/(1
+ d). (6.17)

Удельная
массовая теплоемкость
паровоздушной смеси:

с_см
= с_В
+ d·с_П
. (6.18)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник