Рис. 154. Психрометр.
Состояния насыщения можно достичь и иным путем — при данной температуре в воздух вводят водяной пар. Когда будет достигнута абсолютная влажность рн, начинается конденсация
пара.
Очевидно, что рн— это масса 1 м3 сухого насыщенного пара при данной температуре; рн можно найти по таблицам сухого насыщенного водяного пара или по формуле
16 ря - 0 , 6 8 6 + - ^ . . |
(325) |
где рн— абсолютная влажность насыщенного воздуха, г/м3; t„ — температура воздуха, °С.
б) Относительная влажность, или степень насыщения
Отношение абсолютной влажности воздуха к абсолютной
Р
влажности его в состоянии насыщения — =q> характеризует
Рн
степень насыщения воздуха влагой. Это отношение называется относительной влажностью/ Она выражается в долях единицы или в процентах.
Применяя к влажному воздуху законы идеальных газов, мо жно написать:
Р/Рн = plpa = ф. |
(326) |
где р — парциальное давление водяного пара в рассматриваемом |
влажном |
воздухе, Па; |
|
рн — давление насыщенного пара при той же температуре, Па. |
|
Относительная влажность является важной характеристикой воздуха в процессе сушки. Чем меньше насыщен воздух, тем эффективнее он может быть использован в процессе сушки. Воздух, насыщенный влагой, не может быть сушильным агентом.
Для определения относитель ной влажности воздуха пользуют ся прибором психрометром. Психрометр состоит из двух тер мометров. Шарик одного термо метра смачивается (рис. 154), и этот термометр называется мок рым; второй термометр сухой. Помещенные в изучаемом возду хе термометры показывают раз личную температуру.
Разность Дt = t c—tu называет ся психрометрической разностью температур. Чем меньше относи тельная влажность, тем интенсив нее происходит испарение воды на поверхности шарика мокрого
термометра и тем сильнее он охлаждается. Поэтому с умень шением относительной влажности воздуха повышается психрометрическая разность температур. По наблюдаемой At, пользуясь психрометрическими таблицами, определяют от носительную влажность воздуха. Для определения относитель ной влажности воздуха можно также воспользоваться психро метрической формулой
Ф = |
— - |
— (^ с - ^ м). |
(327) |
|
Рн |
Ра |
|
где рм— давление насыщенного |
водяного пара при температуре |
мокрого |
термометра; рн— давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха, т. е.
при температуре сухого термометра; |
|
tс и /м— температуры сухого и мокрого термометров; |
которого зависит от ус |
А — психрометрический коэффициент, |
величина |
ловий опыта. Для скорости воздуха го> 0 ,5 |
м/с. |
I |
6,75\ |
(328) |
А = 0,00001 (65 + |
- ^ - 1 ь , |
где w— скорость воздуха, м/с;
6— барометрическое давление, Па.
Другой, менее распространенный способ определения отно сительной влажности — гигрометрический. 0.н основан на свой стве некоторых материалов (например, обезжиренный человече ский волос) изменять длину при изменении влажности окружа ющего его воздуха.
П р и м е р . Определить относительную влажность воздуха, если барометрическое давление 6=99,1 кПа. Температура су хого термометра /о = 30°С, а мокрого /М= 2 0 °С . Скорость про текания воздуха около психрометра го = 0,5 м/с.
Р е ш е н и е . По таблицам насыщенного водяного пара на
ходим давление пара |
при |
^ = 2 |
0 ° С и |
<с= 3 0 °С : рм = |
=2,34 кПа и /7Н= 4,22 |
кПа. По |
уравнению (328) находим |
психрометрический коэффициент |
|
|
А —0,00001 |
65 + |
6,75 99,1 = |
0,078. |
|
|
0,5, |
|
По формуле (327) находим относительную влажность воздуха:
2,34 |
0,078 (30 — 20) = 0,37. |
Ф = 4,22 |
4,22 |
в) Влагосодержание
Влагосодержанием воздуха называется количество водяных паров (в кг), приходящееся на 1 кг абсолютно сухого воздуха. Эта величина обозначается через х, ее размерность кг/кг. Иног да применяют также размерность г/кг, и тогда влагосодержа ние обозначают через d.
Влагосодержание воздуха не меняется с изменением его тем пературы, так как масса пара и воздуха при изменении темпе
ратуры не меняется. Поэтому эта величина очень удобна при проведении расчетов. Если в определенном объеме влажного воздуха содержится Gn (в кг) воды и Сс.в (в кг) абсолютно су хого воздуха, то х (в кг/кг)
Используя уравнение состояния идеального газа, можно по лучить приближенное уравнение, которое связывает влагосодержание х (в кг/кг) и парциальное давление водяных паров,
Р — Ря
где р — полное давление влажного воздуха.
г) Теплосодержание (энтальпия) влажного воздуха
Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии су хого воздуха и энтальпии водяного пара. Энтальпию влажного воздуха I (в Дж/кг сухого воздуха) относят к 1 кг сухого воз духа, содержащегося во влажном воздухе;
/ = сс.в / + *гп, |
(330) |
где сс.в— удельная теплоемкость сухого воздуха, |
Дж/(кг-К); |
/ — температура воздуха, °С; |
|
ia — энтальпия перегретого пара, Дж/кг. |
|
Для определения in (в Дж/кг) в термодинамике применяет ся формула
где г0— энтальпия пара при 0° С; она равна 2493-103 Дж/кг; сп — удельная теплоемкость пара;
сп = 1,97-10® Дж/(кг-К).
Если удельную теплоемкость сухого воздуха принять равной 1000 Д ж дкг-К ), то уравнение (330) может быть записано так;
/ = 1000/ + х (2493 + 1,97/) 103 Дж на 1 кг сухого воздуха. |
(332) |
Если количество тепла выразить в килокалориях, то уравне ние (330) будет записано так:
/ = |
0,24/ + (597 + |
0,45/)х |
ккал |
на 1 кг |
сухого воздуха. |
(333) |
В этом |
уравнении |
0,24 — теплоемкость сухого воздуха [в |
ккал/(кг-град)]; 0,45 — то же, |
для |
пара; |
597 ккал/кг — энталь |
пия пара при 0°С. |
|
|
|
|
|
4. ДИАГРАММА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
а) Описание I —х-диаграммы
Свойства влажного воздуха и процессы, происходящие в нем, особенно наглядно представляются графически при помощи ди аграммы влажного воздуха.
Диаграмма, изображенная на рис. 155, построена для баро метрического давления 745 мм рт. ст. (среднее давление в цент ральном промышленном районе) в косоугольной системе коор динат, образующих между собой угол 135°.
На этих осях координат отложены основные параметрыгтеплосодержание / в килокалориях или джоулях, влагосодержа-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ние |
х |
|
(в |
кг/кг) |
или |
d |
|
(в г/кг). Наклонная ось, на |
|
которой отложены |
влагосо- |
|
держания, на диаграмму не |
|
наносится. Она спроектиро |
|
вана |
|
на |
горизонтальную |
|
ось, |
как |
это |
показано |
на |
|
рис. 155. При таком распо |
|
ложении |
координат |
линии |
|
7 = const |
будут |
расположе |
|
ны под углом |
135° |
к верти |
|
кали. Линии x= const будут |
|
вертикальными. |
|
|
|
|
|
Кроме этих основных ли |
|
ний, на / — х-диаграмму на |
|
несены |
|
следующие |
линии: |
|
линии |
постоянной темпера |
|
туры, линии постоянной от |
|
носительной влажности и ли |
|
ния |
парциального |
давления |
|
водяного пара. |
|
|
отно |
|
Линии постоянной |
|
сительной влажности |
исхо |
|
дят |
из |
одной |
точки |
(х = 0; |
I I I и |
t = —273°С), образуя пучок |
кривых. |
Нижняя из них со |
Рис. 155. Построение и основные ли |
ответствует |
ср = 100%, |
т. |
е. |
воздуху, |
насыщенному |
|
во |
нии / —х-диаграммы. |
дяным |
паром. |
Выше |
этой |
|
линии лежит область возду ха, не насыщенного водяными парами. Ниже этой линии нахо дится область тумана.
Линия парциального давления, проведенная в нижней части диаграммы, позволяет определить парциальное давление, если известно положение точки на диаграмме, соответствующей со стоянию воздуха.
Чтобы уяснить способ пользования диаграммой, рассмотрим несколько примеров.
П р и м е р . Определить параметры воздуха, соответствую щие на I—х-диаграмме точке А.
Р е ш е н и е . Опуская перпендикуляр (см. рис. 155) на ось абсцисс, находим влагосодержание х . Проводя через точку А
