| Влажность и гигрометрия | |
|---|---|
 | |
| Конкретные концепции | |
| Общие понятия | |
| Меры и инструменты | |
Психрометрия , психрометрия и гигрометрия - это названия областей техники, изучающих физические и термодинамические свойства парогазовых смесей. Термин происходит от греческого psuchron (ψυχρόν), означающего «холодный» [1], и metron (μέτρον), означающего «средство измерения». [2]
Общие приложения [ править ]
Хотя принципы психрометрии применимы к любой физической системе, состоящей из парогазовых смесей, наиболее распространенной представляющей интерес системой является смесь водяного пара и воздуха из-за ее применения в отоплении, вентиляции, кондиционировании и метеорологии . С человеческой точки зрения, наш тепловой комфорт в значительной степени является следствием не только температуры окружающего воздуха, но (потому что мы охлаждаемся через пот) степени, в которой этот воздух насыщен водяным паром.
Многие вещества гигроскопичны , что означает, что они притягивают воду, обычно пропорционально относительной влажности или выше критической относительной влажности . К таким веществам относятся хлопок, бумага, целлюлоза, другие изделия из дерева, сахар, оксид кальция (негашеная известь), а также многие химикаты и удобрения. Отрасли, в которых используются эти материалы, заинтересованы в контроле относительной влажности при производстве и хранении таких материалов.
При промышленной сушке, такой как сушка бумаги, производители обычно стараются достичь оптимума между низкой относительной влажностью, которая увеличивает скорость сушки, и потреблением энергии, которое уменьшается по мере увеличения относительной влажности выхлопных газов. Во многих промышленных применениях важно избегать конденсации, которая может испортить продукт или вызвать коррозию.
Плесень и грибок можно контролировать, поддерживая низкую относительную влажность. Грибки, разрушающие древесину, обычно не растут при относительной влажности ниже 75%.
Психрометрические свойства [ править ]
Температура сухого термометра (DBT) [ править ]
Температура по сухому термометру - это температура, показанная термометром на воздухе в месте, защищенном от прямого солнечного излучения. Термин по сухому термометру обычно добавляют к температуре, чтобы отличать ее от температуры по влажному термометру и температуры точки росы. В метеорологии и психрометрии слово температура без префикса обычно означает температуру по сухому термометру. Технически температура регистрируется сухим термометром психрометра. Название подразумевает, что чувствительная лампа или элемент действительно сухой. ВМО представляет 23-страничную главу об измерении температуры. [3]
Температура влажного термометра (WBT) [ править ]
Термодинамическая температура по смоченному термометру - это термодинамическое свойство смеси воздуха и водяного пара. Значение, показываемое термометром по влажному термометру, часто обеспечивает адекватное приближение к термодинамической температуре по влажному термометру.
Точность простого термометра с влажным термометром зависит от того, как быстро воздух проходит над колбой и насколько хорошо термометр защищен от лучистой температуры окружающей среды. Лучше всего скорость до 5000 футов / мин (~ 60 миль в час), но перемещать термометр с такой скоростью может быть опасно. Ошибки до 15% могут возникать, если движение воздуха слишком медленное или присутствует слишком много лучистого тепла (например, от солнечного света).
Температура по влажному термометру, измеренная для воздуха, движущегося со скоростью примерно 1-2 м / с, называется температурой экрана , тогда как температура, измеренная при движении воздуха со скоростью примерно 3,5 м / с или более, называется температурой стропа .
Психрометр представляет собой устройство , которое включает в себя как сухой термометр и термометр по влажному термометру. Психрометра требует ручного управления для создания потока воздуха над луковицами, но питание психрометр включает в себя вентилятор для этой функции. Зная как температуру по сухому термометру (DBT), так и температуру по влажному термометру (WBT), можно определить относительную влажность (RH) из психрометрической диаграммы, соответствующей давлению воздуха.
Температура точки росы [ править ]
Температуру насыщения влаги, присутствующей в образце воздуха, также можно определить как температуру, при которой пар превращается в жидкость (конденсация). Обычно уровень, при котором водяной пар превращается в жидкость, отмечает основание облака в атмосфере, поэтому называется уровнем конденсации. Таким образом, значение температуры, при котором происходит этот процесс (конденсация), называется «температурой точки росы». Упрощенное определение - это температура, при которой водяной пар превращается в «росу» (Chamunoda Zambuko 2012).
Влажность [ править ]
Удельная влажность [ править ]
Удельная влажность определяется как масса водяного пара как доля массы образца влажного воздуха (включая как сухой воздух, так и водяной пар); он тесно связан с коэффициентом влажности и всегда имеет меньшее значение.
Абсолютная влажность [ править ]
Масса водяного пара на единицу объема воздуха, содержащего водяной пар. Эта величина также известна как плотность водяного пара. [4]
Относительная влажность [ править ]
Отношение давления пара влаги в образце к давлению насыщенного пара при температуре образца по сухому термометру.
Удельная энтальпия [ править ]
Аналогично удельной энтальпии чистого вещества. В психрометрии термин определяет общую энергию как сухого воздуха, так и водяного пара на килограмм сухого воздуха.
Удельный объем [ править ]
Аналогично удельному объему чистого вещества. Однако в психрометрии этот термин количественно определяет общий объем как сухого воздуха, так и водяного пара на единицу массы сухого воздуха.
Психрометрическое соотношение [ править ]
Психрометрическая отношение представляет собой отношение коэффициента теплопередачи к произведению коэффициента переноса массы и влажного тепла на смоченной поверхности. Его можно оценить с помощью следующего уравнения: [5] [6]
- куда:
- = Психрометрический коэффициент, безразмерный
- = коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт · м −2 · K −1
- = коэффициент конвективного массопереноса, кг м −2 с −1
- = влажное тепло, Дж кг −1 K −1
Психрометрический коэффициент является важным свойством в области психрометрии, поскольку он связывает абсолютную влажность и влажность насыщения с разницей между температурой сухого термометра и температурой адиабатического насыщения .
Смеси воздуха и водяного пара - наиболее распространенные системы, встречающиеся в психрометрии. Психрометрическое соотношение паровоздушных смесей приблизительно равно единице, что означает, что разница между температурой адиабатического насыщения и температурой влажного термометра паровоздушных смесей мала. Это свойство систем воздух-вода упрощает расчеты сушки и охлаждения, часто выполняемые с использованием психрометрических соотношений.
Влажная жара [ править ]
Влажное тепло - это удельная теплота влажного воздуха при постоянном давлении на единицу массы сухого воздуха. [7]
Давление [ править ]
Многие психрометрические свойства зависят от концепции давления :
- давление пара воды;
- атмосферное давление в месте расположения образца.
Психрометрические диаграммы [ править ]
Терминология [ править ]
Психрометрическая диаграмма - это график термодинамических параметров влажного воздуха при постоянном давлении, часто приравниваемом к высоте над уровнем моря. В ASHRAE -Style психрометрический график, показанный здесь, был впервые Уиллис Carrier в 1904. [8] Она изображает эти параметры и, таким образом , графическое уравнение состояния . Параметры:
- Температура по сухому термометру ( DBT ) - это температура пробы воздуха, определяемая обычным термометром. Обычно он отображается как абсцисса (горизонтальная ось) графика. В системе СИ для измерения температуры используются кельвины или градусы Цельсия ; другие единицы - градусы Фаренгейта и градусы Ренкина .
- Температура влажного термометра ( WBT ) - это температура образца воздуха после того, как он прошел через процесс идеального адиабатического насыщения при постоянном давлении, то есть после того, как воздух прошел через большую поверхность жидкой воды в изолированном канале. На практике это показания термометра, чувствительная колба которого покрыта влажным носком, испаряющимся в стремительный поток пробы воздуха (см. Гигрометр ). Когда проба воздуха предварительно насыщена водой, WBT будет показывать то же, что и DBT. Наклон линии постоянного WBT отражает теплоту испарения воды, необходимую для насыщения воздуха заданной относительной влажности.
- Температура точки росы ( DPT ) - это температура, при которой образец влажного воздуха с таким же давлением достигает «насыщения» водяным паром. В этот момент дальнейший отвод тепла приведет к конденсации водяного пара в жидкий водяной туман или, если температура ниже точки замерзания , в твердый иней. Температура точки росы легко измеряется и дает полезную информацию, но обычно не считается независимым свойством пробы воздуха, поскольку она дублирует информацию, доступную через другие свойства влажности и кривую насыщения.
- Относительная влажность ( RH ) - это отношение мольной доли водяного пара к мольной доле насыщенного влажного воздуха при той же температуре и давлении. RH безразмерен и обычно выражается в процентах. Линии постоянной относительной влажности отражают физику воздуха и воды: они определяются путем экспериментального измерения. Представление о том, что воздух «удерживает» влагу или что влага «растворяется» в сухом воздухе и в какой-то мере насыщает раствор, ошибочно (хотя и широко распространено); см. относительную влажность для получения дополнительной информации.
- Коэффициент влажности - это доля массы водяного пара на единицу массы сухого воздуха в данных условиях (DBT, WBT, DPT, RH и т. Д.). Это также известно как влажность или соотношение смешивания. Обычно он отображается как ордината (вертикальная ось) графика. Для данного DBT будет определенное соотношение влажности, при котором образец воздуха имеет относительную влажность 100%: соотношение отражает физику воды и воздуха и должно быть определено путем измерения. Безразмерный коэффициент влажности обычно выражается в граммах воды на килограмм сухого воздуха или в зернах воды на фунт воздуха (7000 гран равны 1 фунту).
- Удельная энтальпия , обозначенная буквой h , представляет собой сумму внутренней (тепловой) энергии рассматриваемого влажного воздуха, включая тепло воздуха и водяного пара внутри. Также называется теплосодержанием на единицу массы. В приближении идеальных газов линии постоянной энтальпии параллельны линиям постоянной WBT. Энтальпия выражается в (СИ) джоулях на килограмм воздуха или в БТЕ на фунт сухого воздуха.
- Удельный объем - это объем смеси (сухой воздух плюс водяной пар), содержащей одну единицу массы «сухого воздуха». Единицы СИ - кубические метры на килограмм сухого воздуха; другие единицы - кубические футы на фунт сухого воздуха. Обратное значение удельного объема обычно путают с плотностью смеси (см. «Применение психрометрических соотношений» CIBSE, август 2009 г.). Однако для получения фактической плотности смеси необходимо умножить величину, обратную удельному объему, на единицу плюс значение коэффициента влажности в интересующей точке (см. ASHRAE Fundamentals 1989 6.6, уравнение 9).
Психрометрическая диаграмма позволяет определить все параметры влажного воздуха по любым трем независимым параметрам, одним из которых должно быть давление. Изменения состояния , например, когда два воздушных потока смешиваются, можно легко смоделировать графически, используя правильную психрометрическую диаграмму для атмосферного давления или высоты над уровнем моря в данном месте. Для местоположений на высоте не более 2000 футов (600 м) над уровнем моря обычной практикой является использование психрометрической карты уровня моря.
На диаграмме ω - t температура по сухому термометру ( t ) отображается как абсцисса (горизонтальная ось), а коэффициент влажности ( ω ) отображается как ордината (вертикальная ось). График действителен для данного атмосферного давления (или высоты над уровнем моря). Все остальные можно определить по любым двум независимым из шести параметров: температура по сухому термометру, температура по влажному термометру, относительная влажность, коэффициент влажности, удельная энтальпия и удельный объем. Есть возможные комбинации независимых и производных параметров.
Размещение параметров на диаграмме [ править ]
* Температура по сухому термометру: эти линии нарисованы прямыми, не всегда параллельны друг другу и немного наклонены относительно вертикального положения. Это ось t , ось абсцисс (горизонтальная). Каждая линия представляет постоянную температуру.
* Температура точки росы: от точки состояния следуйте горизонтальной линии постоянного отношения влажности до точки пересечения 100% относительной влажности, также известной как кривая насыщения . Температура точки росы равна температуре полного насыщения по сухому или влажному термометру.
* Температура по влажному термометру: эти наклонные линии немного отличаются от линий энтальпии. Они одинаково прямые, но не совсем параллельны друг другу. Они пересекают кривую насыщения в точке DBT.
* Относительная влажность: эти гиперболические линии показаны с интервалом 10%. Кривая насыщения соответствует 100% относительной влажности, а сухой воздух - 0%.
* Коэффициент влажности: это горизонтальные линии на графике. Коэффициент влажности обычно выражается как масса влаги на массу сухого воздуха (фунты или килограммы влаги на фунт или килограмм сухого воздуха соответственно). Диапазон составляет от 0 для сухого воздуха до 0,03 (фунт-вес / фунт) на правой оси ω , ординате или вертикальной оси диаграммы.
* Удельная энтальпия: это наклонные линии, проведенные по диагонали вниз слева направо поперек диаграммы, которые параллельны друг другу. Они не параллельны линиям температуры по влажному термометру.
* Удельный объем: это семейство равноотстоящих прямых линий, которые почти параллельны.
Область над кривой насыщения представляет собой двухфазную область, которая представляет смесь насыщенного влажного воздуха и жидкой воды в тепловом равновесии.
Транспортир в верхнем левом углу диаграммы имеет две шкалы. Внутренняя шкала представляет собой отношение ощутимого тепла к общему количеству тепла (SHF). Внешняя шкала показывает отношение разницы энтальпии к разнице влажности. Это используется для определения наклона линии условий между двумя процессами. Горизонтальная составляющая линии состояния - это изменение явного тепла, а вертикальная составляющая - это изменение скрытой теплоты. [9] [10] [11]
Как читать диаграмму: основные примеры [ править ]
Психрометрические диаграммы доступны в единицах СИ (метрическая) и IP (США / имперская система). Они также доступны для низких и высоких температур и для различных давлений.
- Определение относительной влажности: относительная влажность в процентах может быть определена на пересечении вертикальной линии сухого термометра и наклонных по диагонали линий температуры по влажному термометру. Метрическая система (SI): Используя сухой термометр с температурой 25 ° C и влажный термометр с температурой 20 ° C, определите относительную влажность примерно 63,5%. США / Британская система мер (IP): Используя сухой термометр с температурой 77 ° F и влажный термометр с температурой 68 ° F, определите относительную влажность примерно 63,5%. В этом примере коэффициент влажности составляет 0,0126 кг воды на кг сухого воздуха.
- Определение влияния изменения температуры на относительную влажность: для воздуха с фиксированным водным составом или соотношением влажности найдите начальную относительную влажность по пересечению линий температуры по влажному и сухому термометрам. Используя условия из предыдущего примера, относительную влажность при различных температурах по сухому термометру можно найти по горизонтальной линии отношения влажности 0,0126 либо в кг воды на кг сухого воздуха, либо в фунтах воды на фунт сухого воздуха.
- Распространенным вариантом этой проблемы является определение конечной влажности воздуха, выходящего из змеевика испарителя кондиционера, затем нагретого до более высокой температуры. Предположим, что температура на выходе из змеевика составляет 10 ° C (50 ° F) и нагревается до комнатной температуры (не смешивается с комнатным воздухом), что определяется по горизонтальному соотношению влажности от точки росы или линии насыщения до комнатной температуры. линия температуры термобаллона и считывание относительной влажности. Обычно кондиционированный воздух смешивается с комнатным воздухом, который проникает с наружным воздухом.
- Определение количества воды, которое необходимо удалить или добавить при понижении или повышении относительной влажности: это разница в соотношении влажности между начальными и конечными условиями, умноженная на вес сухого воздуха.
Диаграмма Молье [ править ]
Диаграмма «Молье i - x » (соотношение энтальпии и влажности), разработанная Ричардом Молье в 1923 г. [12], является альтернативной психрометрической диаграммой, которую предпочитают многие пользователи в Скандинавии, Восточной Европе и России. [13]
Базовые данные психрометрических параметров для психрометрической диаграммы и диаграммы Молье идентичны. На первый взгляд между диаграммами мало сходства, но если повернуть диаграмму на девяносто градусов и посмотреть в зеркало, сходство станет очевидным. Координаты диаграммы Молье - это соотношение энтальпии и влажности. Координата энтальпии смещена, а линии постоянной энтальпии параллельны и равномерно разнесены. Психрометрические диаграммы ASHRAE с 1961 года используют аналогичные координаты построения. В некоторых психрометрических таблицах используются координаты отношения температуры и влажности по сухому термометру .
См. Также [ править ]
- Воздуха
- Кондиционер
- Закон частичных давлений Дальтона
- точка росы
- Температура по сухому термометру
- Охлаждение испарением
- Влажность
- Относительная влажность
- Температура влажного термометра
- Рабочая температура
Ссылки [ править ]
- ^ Генри Джордж Лидделл, Роберт Скотт, « психрон » , греко-английский лексикон
- ↑ Генри Джордж Лидделл, Роберт Скотт, « Метрон » , греко-английский лексикон
- ^ Всемирная метеорологическая организация. (2008) Руководство по метеорологическим приборам и методам наблюдений. ВМО-8. Издание седьмое. Глава 2, Измерение температуры.
- ^ «Глоссарий погоды AMS» . Американское метеорологическое общество. Архивировано из оригинального 16 октября 2012 года . Проверено 18 сентября 2011 года .
- ^ http://www.che.iitb.ac.in/courses/uglab/manuals/coollabmanual.pdf Архивировано 21 июля 2011 г.на Wayback Machine , дата обращения 20080408
- ^ http://www.probec.org/fileuploads/fl120336971099294500CHAP12_Dryers.pdf Архивировано 27 июля 2011 г.в Wayback Machine , дата обращения 20080408
- ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2006-10-30 . Проверено 10 апреля 2008 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Gatley, DP (2004). «Психрометрическая карта отмечает 100-летие» . Журнал ASHRAE . 46 (11): 16–20.
- ^ Куц, Майер (Эд). (2006) Справочник инженеров-механиков. Нью-Джерси: John Wiley & Sons.
- ^ Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (1997). Справочник по основам ASHRAE
- ^ Биаска, Карин. "Psychrometric Chart Tutorial" Архивировано 2 января 2011 г.на Wayback Machine , доступ осуществлен 20 ноября 2010 г.
- ^ Мольер, Р. 1923. "Ein neues diagram für dampfluftgemische." ЗВДИ 67 (9)
- ^ Тодорович, Б., ASHRAE Операции DA-07-024 (113-1), 2007
Внешние ссылки [ править ]
- Western Cooling Efficiency Center Psych: Психрометрический плагин с открытым исходным кодом для Microsoft Excel, Кевин Браун.
- Xchanger Inc, веб-страница Калькулятор влажности, точки росы, массового расхода и теплового потока для систем переменного давления с компрессорами, воздуходувками, вакуумными насосами и теплообменниками.
- Калькуляторы Корвина Калькулятор влажности, точки росы.
- Как читать и использовать психрометрическую таблицу
- Бесплатная интерактивная психрометрическая диаграмма онлайн
