Основные понятия. 
Термодинамика. 
Часть 2

Влажный воздух — это смесь сухого воздуха и водяного пара. Напомним, что сухой воздух не содержит паров воды. С влажным воздухом приходится иметь дело в некоторых теплотехнических процессах, поэтому важно уметь определять его свойства.

Рис. 18.1. Влажный воздух в равновесии с водой.

В широком диапазоне параметров влажный воздух можно рассматривать как газовую смесь, которая имеет одну важную особенность. Практический интерес представляет влажный воздух при атмосферном давлении в ограниченном интервале температур (от -50 до 100°С). В этом диапазоне параметров сухой воздух может находиться только в газообразном состоянии, а вода может существовать в виде пара, жидкости и льда в зависимости от температуры (рис. 18.1). Таким образом, при изобарном изменении температуры состав влажного воздуха изменяется. В частности, при охлаждении происходит конденсация паров воды. Из сказанного следует, что содержание воды во влажном воздухе не может быть произвольным. В этом заключается принципиальное отличие влажного воздуха от обычных газовых смесей. Такая модель применима и для анализа равновесия воздух — лед.

Поскольку мы будем рассматривать влажный воздух при сравнительно небольших давлениях, с приемлемой точностью можно полагать, что сухой воздух и содержащийся в нем пар являются идеальными газами. Для смеси сухого воздуха и паров воды в этом случае справедлив закон Дальтона.

n.RT n_vRT

где р_а = —^—парциальное давление воздуха; p_v = —^—парциальное давление паров воды;

Давление влажного воздуха обычно равно атмосферному давлению. При этом чем больше парциальное давление паров воды, тем большее количество водяного пара находится в паровоздушной смеси.

Парциальное давление водяного пара во влажном воздухе не может быть выше давления насыщенного пара при данной температуре. Зависимость давления насыщенного пара воды от температуры приведена на рис. 18.2 и в табл. 18.1.

Рис. 18.2. Зависимость давления насыщенного пара воды от температуры.

Таблица 18.1

Зависимость давления насыщенного пара воды от температуры.

На рис. 18.3 изображена T—v диаграмма паров воды во влажном воздухе. Здесь p_s — давление насыщенного пара воды, p_v — давление пара во влажном воздухе. Очевидно, что p_v < p_s.

Максимальное парциальное давление водяного пара во влажном воздухе p_s определяется температурой и не зависит от давления смеси.

Рис. 18.3. T—v диаграмма паров воды во влажном воздухе Влажный воздух, в котором p_v < p_s, называют ненасыщенным, а влажный воздух, в котором p_v=p_Sy — насыщенным. Условие равенства парциального давления паров воды и давления насыщенного пара характеризует точку росы.

Водяной пар, содержащийся в ненасыщенном влажном воздухе, находится в перегретом состоянии. При понижении температуры ненасыщенного влажного воздуха водяной пар приближается к состоянию насыщения (рис. 18.3, 18.4).

Перегретый нар из точки 1, лежащей на изотерме охлаждается до температуры t₂, в которой давление пара соответствует состоянию насыщения (см. рис. 18.4). При дальнейшем понижении температуры или сжатии из воздуха будет выделяться влага, парциальное давление пара будет уменьшаться. Поскольку атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество паров воды, часто при понижении температуры воздух становится насыщенным, в результате чего образуется туман или выпадает роса.