Изложенное позволяет утверждать, что в зависимости от структуры взвешенных в воздухе капель водяной и смешанный туманы могут существовать в зоне, охватывающей достаточно широкий диапазон отрицательных температур вплоть до = -22°С. Учитывая, что процесс конденсации пара в воздухе обычно происходит и на поверхности невидимых ядер конденсации, и на флуктуационных сгущениях одновременно, следует отдать предпочтение существованию смешанного тумана.

Массовая концентрация тумана, т. е. масса капельной влаги, содержащейся в 1 м воздуха, лежит в пределах (0,05 ... 5)-10" кг/м Нижний предел относится к слабому туману, верхний предел - к густому туману или туману, получаемому в лабораторных условиях.

4.4.3. Водяной туман

Водяной туман является гетерогенной смесью, состоящей из сухого воздуха, насыщенного водяного пара и взвешенных во влажном воздухе капель воды. Поэтому масса влаги тп будет включать в себя массу насыщенного водяного пара и массу взвешенных капель воды /Пв,

Влагосодержание водяного тумана

«в.т ~ - «в

где - отношение массы капельной влаги к массе сухого воздуха,

Шс.в

Масса влажного воздуха Швл.в и его плотность Рвд.в могут быть определены по формулам (4.2) и (4.3) при d = d...

Относительная влажность воздуха ф = 1, а степень насыщения

х = = ± = \ + . (4.18)

du dn dn

Удельная энтальпия водяного тумана определяется из вьфа-жения

hB.r = hc.B + dnh" +dBh •

>J = 0,6112exp

= 2,335 кПа.

U41,2-f-20

При радиусе капель > 1 мкм можно не учитывать влияние кривизны поверхности раздела фаз на давление насыщения (см. табл. 3.3). Тогда влагосодержание насыщенного воздуха

2 335

= 0,6221---= 0,014кг вл/кг св .

" 101,325-Ь 2,335

Общее влагосодержание

в.т = + = 0.014 -ь 0,004 = 0,018 кг вл/кг с.в.

Степень насыщения воздуха влагой

0018 dn 0,014

Энтальпия водяного тумана определяется по формуле (4.19) при г = 2500,64 - 2,369 • 20 = 2453,26 кДж/кг

Лвт = 1,006-20 -f 0,014(4,186-20 -f- 2453,26) + 0,004-4,186-20 = 55,97 кДж/кг.

Энтальпия сухого воздуха составляет 35,95%, водяного насыщенного пара 63,46%, а капельной влаги 0,59% от энтальпии водяного тумана.

Пример 4.5. Определить степень насыщения \/ и энтальпию водяного тумана при t = -5°C, dB = 0,003 кг вл/кг св, если туман состоит из монодисперсных капель с радиусом =2•10~м (/? = 101,325кГЬ, rjj„ =334,11кДж/кг).

Из уравнения Лапласа при а = 75,510"Н/м определяем давление

внутри капли: р„ = -ь - = 101 325 + " =75 601,3 кПа.

Гк 210-

С учётом формул (2.3), (3.8) и (3.22) удельная энтальпия водяного тумана

hB.T = CpJ + dn{cpJ„ + r) + dBCpJ. (4.19)

При til < 0°С водяной туман может существовать при радиусе капель менее Гк < 10" м. В этом случае энтальпия водяного тумана определяется из выражения

«т = /с.в«(/лн~"пло +"суб) + вС;,/. (4.20) Примеры

Пример 4.4, Определить общее влагосодержание dg, J, степень насыщения \/ и энтальпию водяного тумана при t = 20°С, d = 0,004 кг вл/кг св и Гк> 1 мкм. Принять р = 101,325 кПа.

При t = 20°С парциальное давление насыщенного водяного пара р„, согласно (3.12),

17,504 •20!

Pj, = 0,6112exp

= 0,422 кПа.

241,2+ (-5)

С учётом кривизны поверхности раздела фаз, давление насыщения, согласно (3.12),

.-3

п = 0,422 ехр

4,36-10-

268,15-2 10-;

= 0,78 кПа.

Влагосодержание насьпценного воздуха

О 78

d» = 0,6221-~-- = 0,00483 кг вл/кг с.в.

" 101,325-0,78

Общее влагосодержание

ds.T = 0,00483 + 0,003 = 0,00783 кг вл/кг с.в.

Степень насыщения

0,00783 ,

М1 = --= 1,62.

0,00483

При t < 0°С энтальпия водяного тумана определяется по формуле (4.20) при гсуб = 2834,75 - 0,1541(- 5) = 2835,52 кДж/кг

Ав.т= 1,006(-5)+0,00483[1,924(-5)-334,11+2835,52]+0,0034,186(-5) = 6,94 кДж/кг.

4.4.4. Ледяной туман

Ледяной туман - это гетерогенная смесь сухого воздуха, насыщенного водяного пара и взвешенных во влажном воздухе кристаллов льда.

Для ледяного тумана

= т„ + т„; dn.T = du + d„,

где Шл - масса взвешенных в воздухе кристаллов льда; й?л.т - влагосодержание ледяного тумана; d - отношение массы кристаллов льда к массе сухого воздуха, d„ = mjitict-

Величины твл.в и рвл.в могут быть определены по формулам (4.2), (4.3)и(4.14)при = йгл.,.

7 Зак. 3799

Температура замерзания воды при давлении/?к, согласно (3.21), = (0,075+1,38210- • 75 601,з)(1 - 0,0009869 75 601,3) = -5,6 °С.

Таким образом, при указанных условиях в воздухе действительно содержится капельная влага.

При Г = -5°С парциальное давление насыщенного водяного пара над переохлаждённой водой составляет

17,504 (-5)