Для насыщенного влажного воздуха t = поэтому формула для определения удельной энтальпии имеет вид

При t„<0 удельная энтальпия определяется из выражения

<л.в=с/+н(л-пло+суб)-

4.3.3. Пересыщенный влажный воздух

Пересыщенный влажный воздух представляет собой двух-компонентную гомогенную парогазовую смесь, состоящую из сухого воздуха и пересыщенного водяного пара. Для рассматриваемого случая парциальное давление пересыщенного водяного пара Рпер В смеси больше давления насыщенного водяного пара /?„ над плоской поверхностью, т. е. р„ер > Ри-

Для определения тепловлажностного состояния пересыщенного влажного воздуха необходимо знать три независимых термодинамических параметра.

Если обозначить массу пересыщенного водяного пара т„ер, а влагосодержание d„ep, то для определения остальных параметров могут быть использованы формулы для насыщенного влажного воздуха.

Относительная влажность фпер и степень насыщения фпер для пересыщенного влажного воздуха больше единицы

ф„ер = ->1 и ¥ = ->1-Ря dn

Характеристикой степени пересыщения, принятой в теории образования аэрозолей [13, 17, 18], является величина S, представляющая собой отношение парциального давления пара в газовой смеси р к давлению насыщенного пара над плоской поверхностью

8 = -. Ря

Для влажного воздуха эта величина соответствует относительной влажности ф.

Как указывалось ранее, состояние пересыщенного влажного воздуха является метастабильным. При наличии во влажном воздухе невидимых ядер конденсации (пылинок, мельчайших капелек жидкости, газовых ионов, флуктуационных сгущений молекул пара) и при соответствующем критическом пересыщении пара 5кр происходит его конденсация в объёме, приводящая к образованию тумана.

Естественно, что критическое пересыщение пара для плоской поверхности S 1, для вогнутой Skp < 1, а для выпуклой поверхности, которую обычно имеют мельчайшие центры конденсации, 5кр > 1. Этим и объясняется то, что конденсация водяного пара в объёме и образование тумана происходят только в пересыщенном водяном паре. Чтобы пар конденсировался на центрах конденсации, имеющих выпуклую поверхность, пересыщение его должно быть больше единицы. Над вогнутой поверхностью воды (например, в капиллярных структурах) конденсация пара может происходить и при 8кр< 1.

4.4. Гетерогенная смесь влажного воздуха 4.4.1. Образование тумана

Конденсация водяного пара из влажного воздуха в объёме -наиболее распространённый способ образования тумана. Этот процесс происходит при наличии во влажном воздухе взвешенных посторонних ядер конденсации или при образовании самопроизвольно возникающих в результате флуктуации молекул пара (зародышей) и при обязательном пересыщении водяного пара.

В тех случаях, когда образование капель происходит в результате конденсации пара на ядрах, процесс называют гетерогенной конденсацией. Если образование капель происходит в результате конденсации пара на зародышах, то процесс называют гомогенной, или спонтанной конденсацией.

Гетерогенная конденсация пара включает в себя две стадии:

- образование пересыщенного пара;

- конденсацию водяного пара на ядрах с их ростом до размеров капель тумана.

Гомогенная конденсация пара включает в себя три стадии:

- образование пересыщенного пара;

- образование зародышей;

- конденсацию водяного пара на поверхности зародышей и их рост до размеров капель тумана.

Для гетерогенной конденсации справедливо уравнение [13]:

= = 5, Ря Ря

где Рг - давление насыщенного водяного пара над ядром (каплей) конденсации; /?„ - давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью; S - пересыщение водяного пара.

Давление насыщенного водяного пара над каплей и пересыщение пара от её радиуса определяются из уравнения Кельвина (см. п. 3.2.2).

Если состояние, при котором пересыщение водяного пара во влажном воздухе больше величины S, рассчитанной по указанному уравнению, то на поверхности капель будет конденсироваться водяной пар, радиус капель будет увеличиваться и образуется туман.

Если же ядра конденсации (капли) имеют электрический заряд, то давление насыщенного водяного пара над такими каплями и пересыщение пара, соответствующее этому давлению, меньше, чем над незаряженными каплями такого же размера.

Зависимость пересыщения пара над каплей от её радиуса и электрического заряда выражается уравнением [13]

1п5 = 1п =

где е - электрический заряд.

На рис. 4.1 приведена зависимость равновесного пересыщения водяного пара у поверхности капли от её радиуса для незаряженной капли (кривая /) и капли с единичным зарядом (кривая 2) при Т = 293 К. При радиусе капли больше 10" и влияние заряда практически не сказывается, а при меньших радиусах - имеет существенное значение. Пересыщение пара над незаряженной каплей быстро растёт с уменьшением радиуса, а для заряженных капель оно достигает максимального значения Sm = 3,6 (при г =

= 6,7-10"° м) и при дальнейшем уменьшении радиуса капли пересыщение снова падает.