В воздухе, как известно, находится водяной пар, который может составлять от 0% до 4% от объема воздуха.
Есть так называемая граница насыщения, то есть максимальное количество водяного пара, который может содержаться в воздухе при данной температуре. Чем выше температура, тем выше поглощающая способность воздуха.
Важной характеристикой водяного пара, содержащегося в воздухе является его давление (упругость).
Давление (упругость) насыщения — это максимально возможное давление водяного пара при заданной температуре.
Существует таблица, описывающая зависимость давления насыщения от температуры
Насыщающая упругость водяного пара над поверхностью воды при различных температурах, гПа.
Основным методом измерения влажности воздуха при положительной температуре является психрометрический. Определение влажности осуществляется по показаниям двух термометров с точностью 0.1 градус Цельсия. Один термометр (сухой) измеряет температуру воздуха, а второй термометр (смоченный) обертывают смоченной тканью, таким образом он показывает свою собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности. Чем меньше водяного пара в воздухе, тем сильнее испарение с поверхности смоченного термометра, и тем ниже его показания.
Собственно, такая система из двух термометров и называется психрометр.
Из разницы показаний температур определяется текущее давление водяного пара в воздухе по формуле
,
где — давление насыщения при температуре смоченного термометра,
— постоянная психрометра, принимаемая равной 0.0007947,
— атмосферное давление, принимается равным 1000 гПа
— показания сухого термометра
— показания смоченного термометра
И наконец, относительная влажность воздуха — это соотношение текущего давления к давлению насыщения при данной температуре воздуха
Определение влажности воздуха психрометрическим методом
Показания сухого термометра (градусы Цельсия)
Показания смоченного термометра (градусы Цельсия)
Точность вычисления
Знаков после запятой: 4
Максимальное давление водяного пара в воздухе (при температуре сухого термометра)
Максимальное давление водяного пара над поверхностью воды (при температуре смоченного термометра)
Давление водяного пара, содержащегося в воздухе
Относительная влажность воздуха (%)
Остается только добавить, что в пустынях относительная влажность воздуха 50% и ниже, а в тропиках — 85% и выше.
Расчёт параметров влажного воздуха
Значения по умолчанию: t = 20 °С, P = 101 325 Па, относительная влажность RH = 60%.
Методика применима только для положительных значений температур!
Температура мокрого термометра, температура точки росы, влагосодержание и другие свойства влажного воздуха.
Атмосферное давление, Па
Температура окружающей среды, °С
Относительная влажность, %
Температура мокрого термометра, °С
Температура точки росы, °С
Влагосодержание, г на кг сухого воздуха
Плотность влажного воздуха, кг/м3
Энтальпия влажного воздуха, кДж/(кг сухого воздуха)
Энтальпия влажного воздуха, кДж/(кг влажного воздуха)
Парциальное давление пара, Па
Парциальное давление сухого воздуха, Па
Давление насыщенного водяного пара от температуры P=f(t), температура насыщенного пара от давления t=f(P).
Методика расчёта
Значения температуры и давления насыщения пара вычисляются по формулам IAPWS-IF 97.
Температура точки росы соответствует температуре насыщения пара при давлении [относительная влажность]*[давление насыщения пара при температуре окружающей среды].
Плотность влажного воздуха ro_wa = ro_da+ro_v, где ro_da — плотность сухого воздуха, ro_v — плотность пара;
ro_v = P_v/(t+273,15)/R_v, где P_v — парциальное давление пара, t — температура окружающей среды (в градусах Цельсия), R_v = 461,495 Дж/кг/К — газовая постоянная пара;
P_v = P_vsat * RH, где P_vsat — давление насыщения пара при температуре окружающей среды t, RH — относительная влажность воздуха;
ro_da = P_da/(t+273,15)/R_da, где P_da — парциальное давление сухого воздуха, R_da=287,058 Дж/кг/К — газовая постоянная сухого воздуха;
P_da = P — P_v, где P — атмосферное давление.
Влагосодержание воздуха в г/(кг сухого воздуха) d = ro_v/ro_da*1000.
Температура мокрого термометра
Температура мокрого термометра — минимальная температура до которой возможно охладить воздух с помощью адиабатического охлаждения (охлаждение воздуха путём распыления в объёме воздуха воды с её последующим испарением за счёт теплоты воздуха).
Адиабатическое охлаждение воздуха достигается за счёт использования тепловой энергии воздуха для испарения воды, при котором явная теплота воздуха переходит в скрытую теплоту парообразования водяного пара. Так как тепловая энергия, переданная от воздуха к воде и затраченная на её испарение, снова возвращается в воздух в виде скрытой теплоты парообразования, энтальпия влажного воздуха в этом процессе остаётся неизменной. При этом количество влажного воздуха увеличивается за счёт поступающего в него водяного пара. Таким образом удельная энтальпия влажного воздуха уменьшается, неизменной остаётся энтальпия отнесённая на килограмм сухого воздуха.
Относительная влажность воздуха RH = p_пар/p_нас, где p_пар — парциальное давление водяного пара в воздухе, p_нас — давление насыщенного водяного пара.
При уменьшении температуры влажного воздуха давление насыщенного водяного пара так же уменьшается, что приводит к увеличению относительной влажности.
При поступлении в воздух дополнительного количества водяного пара парциальное давление водяного пара увеличивается, что приводит к увеличению относительной влажности воздуха. Таким образом, при испарении воды относительная влажность воздуха увеличивается как по причине снижения его температуры так и из-за поступления в него дополнительного количества водяного пара. Процесс испарения воды останавливается после достижения величины относительной влажности воздуха значения 100%.
При определении температуры мокрого термометра по температуре сухого термометра и его относительной влажности предполагается, что температура вступающей в контакт с воздухом воды равна температуре мокрого термометра, т.е. температура воды в процессе адиабатического охлаждения воздуха не изменяется, вся теплота передаваемая от воздуха воде идёт на парообразование.
Для определения значения температуры мокрого термометра сначала нужно найти h — значение энтальпии на кг сухого воздуха при заданных параметрах окружающей среды (атмосферное давление, температура сухого термометра, относительная влажность). Температура мокрого термометра t_w – это температура, при которой воздух с относительной влажностью 100% будет иметь значение h.
Формула для определения энтальпии воздуха в кДж/(кг сухого воздуха): h = (1,006 кДж/кг/C) t + d [(1,84 кДж/кг/C) t + (2501 кДж/кг)], где 1,006 кДж/кг/C — теплоёмкость сухого воздуха; d — влагосодержание, кг/(кг сухого воздуха); 1,84 кДж/кг/C — теплоёмкость пара; 2501 кДж/кг — скрытая теплота парообразования.
Первое приближение значения мокрого термометра можно притять t_w=0,75*t. Для t_w находим h_w, если h_w больше h, то значение t_w нужно уменьшить, если меньше — увеличить. Продолжаем подбор t_w до того момента как h_w приблизется к h с заданной точностью.
Точность расчёта значения температуры мокрого термометра в данном случае зависит от точности использованной формулы расчёта значения энтальпии влажного воздуха на кг сухого воздуха.
Инженерные расчёты на Python, С.В. Медведев, 2020-2023
Использование Python и Jupyter Notebook для инженерных расчётов, С.В. Медведев, 2020-2023
Отношение количества водяного пара, фактически имеющегося в воздухе (абсолютная влажность), к тому количеству, которое необходимо для его насыщения при той же температуре, называется относительной влажностью.
.
Относительная влажность через абсолютную
Абсолютная влажность (г/м3)
Влажность насыщенного водяного пара (г/м3)
Относительная влажность (%)
Формула:
φ = ρ / ρ0 • 100%. Где φ — это относительная влажность, ρ — абсолютная влажность, а ρ0 плотность насыщенного пара.
Относительная влажность через показания двух термометров
Относительная влажность (%)
Влияние относительной влажности на человека
Относительная влажность влияет не только на условия погоды, но также и на здоровье и самочувствие. Так, например, можно чувствовать себя вполне хорошо при температуре 25 или 30° С и относительной влажности в 25%. С другой стороны, при той же температуре можно иметь плохое самочувствие, ощущая жару и чувствуя подавленность, при относительной влажности 80 или 90%. Или, например, если температура воздуха 18°С, а относительная влажность 25%, можно ощущать холод, хотя при той же температуре и влажности в 60% и выше можно иметь вполне хорошее самочувствие.
Различное самочувствие вследствие различия в относительной влажности при одинаковой температуре объясняется тем, что тело охлаждается частично вследствие испарения при дыхании и что быстрота охлаждения увеличивается с быстротой испарения. Иначе говоря, если воздух сухой и, следовательно, относительная влажность мала, испарение, а потому и охлаждение, происходи быстро. Но если воздух влажен, т. е. относительная влажность высока, испарение происходит очень медленно, так что охлаждение незначительно. Другими словами, высокая относительная влажность препятствует охлаждению посредством испарения, в то время как низкая относительная влажность способствует быстрому испарению, что и вызывает охлаждение. Заметим, что сухость или влажность воздуха определяется непосредственно относительной влажностью и только косвенно зависит от фактического содержания водяного пара.
Многократными экспериментами установлено, что для хорошего самочувствия и здоровья необходимо, чтобы относительная влажность была в пределах от 40 до 60%. Однако в наших домах и школах в зимние месяцы относительная влажность часто не превышает 10 или 20%. Такие условия вызывают быстрое испарение и высыхание слизистой оболочки носа, горла и легких, что приводит к простудным и другим заболеваниям органов дыхания.
В заключение отметим, что при постоянстве абсолютной влажности нагревание воздуха понижает его относительную влажность и наоборот, охлаждение воздуха повышает его относительную влажность. При постоянстве прочих факторов, чем меньше влажность, тем быстрее испарение при дыхании. Это охлаждает тело и приводит к более сильному ощущению холода, чем это было бы при более высокой относительной влажности. При большой влажности происходит слабое испарение, поэтому и охлаждение путем
испарения невелико. Благодаря этому ощущение тепла сильнее, чем при малой относительной влажности.
Для регистрации и оформления заказа на сайте www.eksis.ru (далее – Сайт), в соответствии с Федеральным законом от 27 июля 2006 года № 152-ФЗ «О персональных данных» Пользователь дает АО «ЭКСИС» (далее – Оператор), зарегистрированному по адресу 124460, город Москва, город Зеленоград, проезд 4922-й, дом 4, строение 2, пом I, ком. 25г свое согласие на обработку любой информации, размещенной на Сайте (включая, без ограничения: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, распространение (в том числе передачу), обезличивание, блокирование, уничтожение, а также осуществление любых иных действий с персональными данными с учетом действующего законодательства РФ) и подтверждает, что давая такое согласие, Пользователь действует по своей воле и в своем интересе, а также в интересах третьих лиц.
Своим согласием Пользователь подтверждает согласие третьих лиц, информация о которых размещается на Сайте, на передачу и обработку их персональных данных и предоставляет право Оператору на осуществление любых действий в отношении персональных данных третьих лиц, которые необходимы для достижения целей обработки персональных данных, указанных в Политике обработки персональных данных.
Согласие на обработку персональных данных, загруженных на Сайт Пользователем считается полученным Оператором от Пользователя с момента выбора варианта «Зарегистрироваться», расположенного в конце формы регистрации на Сайте.
Настоящее согласие на обработку персональных данных действует до момента его отзыва Пользователем. Согласие на обработку персональных данных может быть отозвано в любое время путем направления Оператору официального запрос в порядке предусмотренным Политикой обработки персональных данных.
Оператор Системы обязуется в течение 30 (тридцати) рабочих дней с момента получения уведомления об отзыве согласия на обработку персональных данных Пользователя прекратить их обработку, уничтожить и уведомить Пользователя об уничтожении персональных данных.
Настоящее согласие распространяется исключительно на персональные данные Пользователя, размещенные на Сайте.
Определение влажности воздуха психрометрическим методом
В воздухе есть водяной пар, он составляет от 0 до 4 процентов от объема всего воздуха.
Существует граница насыщения, то есть наивысшее количество водяного пара, которое может быть в воздухе при данной t0C. По этому, чем выше t0C, тем и выше способность поглощения воздуха.
Одной из самых главных характеристик воздуха есть его давление (то есть упругость).
Главный метод для вычислений влажности воздуха при плюсовой t0C есть психрометрический. Влажность определяется по показаниям 2-х термометров с точностью 0,10С. Первый термометр определяет t0C воздуха, а 2-й специально обвертывают смоченной тканью, так он показывает свою собственную t0C, которая зависит от частоты испарения воды над поверхностью.
Если водяного пара находится в воздухе больше, то испарений над поверхностью 2-го термометра будет меньше.
Именно такая система из 2-х термометров и называется психрометр.
Разница показаний t0C показывает давление водяного пара (в данный момент);в воздухе по данной формуле:
e = E — A (t — t1)P,
где E — давление насыщения при t0C 2-го термометра,
A — постоянная психрометра, принято брать 0.0007947,
P — атмосферное давление, принято брать равным 1000 гПа
t — показания сухого термометра
t1 — показания смоченного термометра
Показания сухого термометра (градусы):
Показания смоченного термометра (градусы):
Максимальное давление водяного пара в воздухе (при температуре сухого термометра):
Максимальное давление водяного пара над поверхностью воды (при температуре смоченного термометра):
Давление водяного пара, содержащегося в воздухе:
Относительная влажность воздуха (%):
- 18 февраля 2016
- Физика