3.5.3. Влажный пар

Влажный пар является гетерогенной системой, которая может быть двух- или трёхфазной.

При температуре f„ > 0°С и давлении />„ > 0,61 кПа (для плоской поверхности раздела фаз) влажный пар является двухфазной системой, состоящей из водяного пара и воды (процессы 4-5 и 4-5 на рис. 3.2).

При температуре f„ = 0°С и давлении /?„ = 0,61 кПа влажный пар является трёхфазной системой, состоящей из водяного пара, воды и льда (процесс 2-3), а при f„ < 0°С и /?„ < 0,61 кПа влажный пар состоит из водяного пара и льда.

Если обозначить массовую долю сухого насыщенного пара через х", воды х и льда Хл, то для трёхфазной системы влажного пара справедливо равенство: х" + х + Хп= 1.

Величину х" называют степенью сухости пара.

Для двухфазной системы при f„ > 0°С л:л = О и массовая доля кипящей воды

х = \-х".

Для двухфазной системы при < 0°С = О и массовая доля сублимирующего льда

хл=\-х".

Удельный объём влажного пара Vx определяется как объём смеси, состоящей из сухого насыщенного пара, воды и льда

= x"v" + xV + XVn,

где v" - удельный объём сухого насыщенного пара.

Для двухфазных систем соответственно будем иметь

Vx = x"v" + xV = v"x" + v(l - x") и Vx = x!v" + X,Vn = v"x" + Ул(1 - x").

Удельные значения энтальпии и энтропии влажного пара определяются:

- для трёхфазной системы при t = 0°С и/? = 0,61 кПа

hx = + hx + h"x" VI Sx = s + sx + s"x";

- для двухфазной системы при t > 0°С и р > 0,61 кПа

hx = hx + h"x" и Sx = sx+ s"x";

- для двухфазной системы при t < 0°С ир < 0,61 кПа

hx = h„ + h"x" и Sx = s, + s"x".

Hi***********************************************************************

4. Влажный воздух 4.1. Состав влажного воздуха

в природе не существует чистого сухого воздуха: в нем всегда содержится водяной пар. Обычно смесь сухого воздуха и водяного пара называют влажным воздухом. Такое определение, часто встречаемое в монографиях и учебниках, не является общим, так как в состав влажного воздуха может входить не только водяной пар, но и находящиеся во взвешенном состоянии капли воды и кристаллы льда (туман).

Поэтому в дальнейшем под понятием влажный воздух будем понимать гетерогенную смесь, состоящую из сухого воздуха, водяного пара и находящихся во взвешенном состоянии капель воды и кристаллов льда.

Если во влажном воздухе отсутствуют капли воды и кристаллы льда, то в этом случае влажный воздух является гомогенной парогазовой смесью, в состав которой входят сухой воздух и водяной пар.

Объёмная доля водяного пара в воздухе может изменяться в достаточно широких пределах - от 4% по объему в тропиках до 1% в средних широтах и 0,01% в холодных зонах в зимнее время, т.е. в 400 раз. Относительно небольшое количество водяного пара в общей смеси воздуха придает влажному воздуху особые свойства.

В дальнейшем влажный воздух мы будем рассматривать как смесь, состоящую из двух компонентов - сухого воздуха и воды (в парообразном, жидком, твердом состояниях).

Влажный воздух может быть:

- ненасыщенным, когда водяной пар является перегретым (парциальное давление пара р„ ниже давления насыщения р„);

- насыщенным, когда водяной пар является насыщенным (парциальное давление пара р„ = р„);

- пересыщенным в метастабильном состоянии, когда водяной пар является пересыщенным (парциальное давление р > р„);

- насыщенным (водяной туман), когда во влажном воздухе находятся насыщенный водяной пар и капли воды (рп = Рн),

- насыщенным (ледяной туман), когда во влажном воздухе находятся нacьшeнный водяной пар и кристаллы льда (рп Pw t < 0,01°С);

- насыщенным (смешанный туман), когда во влажном воздухе находятся насыщенный водяной пар, капли воды и кристаллы льда(рп = Р„,?<0,ОГС).

.к************************ 4. Влажный воздух *************** **********

Влажный воздух по 1, 2 и 3-му состояниям является гомогенной системой и в области нормальных давлений и в интервале температур от минус 50 до 50°С может рассматриваться как смесь идеальных газов, а воздух по 4, 5 и 6-му состояниям - гетерогенная система.

Поскольку в самом общем случае влага, входящая в состав влажного воздуха, может находиться во всех трех агрегатных состояниях (газовом - водяной пар, жидком - вода, твёрдом - лёд), влажный воздух рассматривается с точки зрения термодинамики как гетерогенная двухкомпонентная смесь сухого воздуха и влаги.

Для гомогенной смеси, или для ненасыщенного воздуха, характерно не только то, что в отдельных процессах количество одного компонента (водяного пара) меняется, но и то, что доля этого компонента в смеси не может быть произвольной. Это одно из основных отличий рассматриваемой смеси от обычной смеси идеального газа.

Согласно основным законам термодинамики, для определения состояния двухкомпонентной смеси необходимо знать три независимых термодинамических параметра - давление, температуру и состав смеси. Это значит, что графический анализ процессов, характеризующий изменения состояния двухкомпонентной смеси, можно провести только в трехмерной системе координат.

4.2. Параметры влажного воздуха

Естественной единицей массы влажного воздуха является 1 кг влажного воздуха. В этом случае описание его состава должно производиться с помощью массовой концентрации

где /Идд - масса влага во влажном воздухе; т- масса сухого воздуха.

Однако применение массовой концентрации имеет определённые практические недостатки. Обычно масса сухого воздуха при изменениях состояния влажного воздуха остаётся постоянной, тогда как масса влаги, вследствие конденсации или испарения, изменяется.