Основные физические свойства влажного газа (воздуха). Диаграмма состояния влажного воздуха.

Смесь сухого газа с парами жидкости называется влажным газом. Влажный газ характеризуют следующие параметры: температура; давление; плотность; относительная и абсолютная влажность; влагосодержание; теплоемкость; энтальпия.

Влажный воздук, который наиболее часто используют в качестве сушильного агента, можно считать при небольших давлениях и положительных температурах бинарной смесью идеальных газов: сухого воздуха и водяного пара. В соответствии с законом Дальтона давление идеальной газовой смеси является суммой парциальных давлений ее компонентов:

Р=р_С.Г.+р_П (1)

где Р - давление при котором находится парогазовая смесь; р_С.Г., р_П – парциальное давление сухого газа и водяного пара соответственно.

Пар называют свободным или перегретым при температуре t и давлении Р, если он не конденсируется в этих условиях. Максимально возможное содержание пара в газе, выше которого наблюдается конденсация, соответствует условиям насыщения при определенной температуре t и парциальиом давлении (давлении насыщения) р_Н.П.

Различают абсолютную, относительную влажности и влагосодержание влажного воздуха.

Абсолютная влажность - это масса водяного пара в единице объема влажного воздуха. Поскольку пар как компонент бинарной газовой смеси занимает весь объем влажного газа, понятие абсолютной влажности совпадает с понятием плотности пара (в кг/м³) при температуре t и парцыальном давлении р_П.

Относитепьная влажность () - это отношение количества паров жидкости в газе к максимально возможному при данных температуре и общем давлении или (что то же) отношение плотности пара при данных условиях к плотности насыщенного пара при тех же условиях:

(2)

По уравнению состояния идеального таза для пара в свободном и насыщенном состояниях имеем

(3) (4)

Подстановка зависимости (3) и (4) в уравнение (2) оно приводится к следующему выражению:

(5)

Для определения парциального давления паров р_П в газе служит психрометр. Он состоит из двух одинаковых термометров. Один из них (сухой) измеряет температуру воздуха t_С, а второй (мокрый, так как обернут постоянно увлажняемой тканью) - температуру испаряющейся влаги t_М, связанную с содержанием влаги в газе. По психрометрической таблице, прилагаемой к прибору, определяют относительную влажность при заданном (атмосферном) давлении и двух измеренных температурах (t_С и t_М).

Под влагосодержанием [х (кг/кг) или d (г/кг)] -понимают количество пара жидкости (в кг), приходящегося на 1 кг абсолютно сухого газа

(6)

Теплоемкость — отношение количества теплоты, подводимой к веществу, к соответствующему изменению его температуры.

Сумма внутренней и потенциальной энергии давления жидкости называется энтальпией, I (Дж)

(7)

Внутрення энергия представляет собой энергию молекул жидкости, всегда совершающих движения и потому обладающих энергией этих движений. Внутренняя энергия обозначается через U и выражается в Джоулях (Дж).

В системе воздух – вода вещества могут находиться в двух фазах (газообразной и жидкой), число компонентов в ней также равно двум (воздух и вода), следовательно, число ее степеней свободы (по правилу фаз Гиббса) равно 2. Это значит, что независимо в ней могут измениться только два параметра. Ими обычно являются температура t и относительная влажность φ воздуха. Все остальные параметры системы зависимы: удельная теплоемкость, удельная энтатьпия, влагосодержание, парциальное давление пара н др.

Взаимосвязь параметров влажного воздуха удобно изобразить на i-d - диаграмме, впервые построенной Рамзиным.

Диаграмма построена в косоугольной системе координат. Угол между осями энтальпии i (температуры t) и влагосодержания d (или х) составляет 135°. Это сделано для компактности диаграммы. Влагосодержание d отложсно на вспомогательной (горизонтальной) оси, а основная ось влагосодержания не показывается. При таком изображении линии d=const изображаются вертикалями, а линии i=const наклонными прямыми. На диаграмму обычно нанесены также изотермы влажного воздуха (t=const), линии постоянной относительной влажности (φ =const), изотермы мокрого термометра (t_М=const), изотермы t_М на рисунке не показаны, линии парциального давления водяного пара р_П

На i-d - диаграмме можно изображать процессы нагрева и охлаждения воздуха, выпадения росы из воздуха.

Нагрев воздуха соответствует движению на диаграмме по линии d=const, т.е. вертикально вверх до достижения соответствующей температуры. Охлаждение этого воздуха соответствует движению вертикально вниз до пересечения с линией φ = 1. При дальнейшем охлаждении из воздуха выпадает роса, а его состояние изменяется вдоль линии φ =1 до достижения соответствующей температуры.