Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Влажность и гигрометрия
Гора Кинабалу в облачном лесу-withHygrom.jpg
Конкретные концепции
Общие понятия
Меры и инструменты

Температура по влажному термометру (WBT) - это температура, считываемая термометром, покрытым пропитанной водой тканью ( термометр по влажному термометру ), через который проходит воздух. [1] При относительной влажности 100% температура по влажному термометру равна температуре воздуха (температуре по сухому термометру ); при более низкой влажности температура по влажному термометру ниже, чем по сухому термометру из-за испарительного охлаждения .

Температура по влажному термометру определяется как температура пакета воздуха, охлажденного до насыщения (относительная влажность 100%) за счет испарения в нем воды со скрытой теплотой, обеспечиваемой пакетом. [2] Термометр по влажному термометру показывает температуру, близкую к истинной (термодинамической) температуре по влажному термометру. Температура по влажному термометру - это самая низкая температура, которая может быть достигнута в текущих условиях окружающей среды только за счет испарения воды.

Даже приспособленные к жаре люди не могут заниматься обычными видами деятельности на открытом воздухе при температуре ниже 32 ° C (90 ° F) по влажному термометру, что эквивалентно тепловому индексу 55 ° C (130 ° F). Теоретический предел выживания человека в течение более нескольких часов в тени, даже при неограниченном количестве воды, составляет 35 ° C (95 ° F) - теоретически эквивалентно тепловому индексу 70 ° C (160 ° F), хотя жара индекс не поднимается так высоко. [3]

Интуиция [ править ]

Рассмотрим термометр, завернутый в ткань, смоченную водой. Чем суше и менее влажный воздух, тем быстрее испаряется вода. Чем быстрее испаряется вода, тем ниже будет температура термометра по отношению к температуре воздуха.

Но вода может испаряться только в том случае, если воздух вокруг нее может поглощать больше воды. Это измеряется путем сравнения количества воды в воздухе с максимумом, который может быть в воздухе - относительной влажностью . 0% означает, что воздух полностью сухой, а 100% означает, что воздух содержит всю воду, которую он может удерживать в данных обстоятельствах, и он не может поглощать больше воды (из любого источника).

Вот почему в сухом воздухе нам прохладнее. Чем суше воздух, тем больше влаги он может удерживать сверх того, что уже находится в нем, и тем легче испаряется лишняя вода. В результате пот быстрее испаряется в более сухом воздухе и быстрее охлаждает кожу. Но при относительной влажности 100% вода не может испаряться, а охлаждение потоотделением или испарением невозможно.

Когда относительная влажность составляет 100%, термометр с влажным термометром также не может охлаждаться испарением, поэтому он будет показывать то же, что и неупакованный термометр.

Общие [ править ]

Температура по смоченному термометру - это самая низкая температура, которая может быть достигнута за счет испарительного охлаждения увлажненной водой (или даже покрытой льдом) вентилируемой поверхности.

Напротив, точка росы - это температура, до которой окружающий воздух должен быть охлажден, чтобы достичь 100% относительной влажности, при условии, что дальнейшее испарение в воздух не происходит; это точка образования конденсата (росы) и облаков.

Для пакета воздуха, который менее насыщен (т. Е. Воздух с относительной влажностью менее 100%), температура по влажному термометру ниже, чем температура по сухому термометру , но выше, чем температура точки росы. Чем ниже относительная влажность (чем суше воздух), тем больше разница между каждой парой этих трех температур. И наоборот, когда относительная влажность повышается до 100%, три цифры совпадают.

Для воздуха при известном давлении и температуре по сухому термометру термодинамическая температура по влажному термометру соответствует уникальным значениям относительной влажности и температуры точки росы. Поэтому его можно использовать для практического определения этих значений. Отношения между этими значениями показаны на психрометрической диаграмме .

Охлаждение человеческого тела через потоотделение затруднено, поскольку относительная влажность окружающего воздуха летом увеличивается. Зимой могут работать и другие механизмы, если справедливо понятие «влажный» или «влажный холод».

Более низкие температуры по влажному термометру, которые соответствуют более сухому воздуху летом, могут привести к экономии энергии в зданиях с кондиционированием воздуха за счет:

  1. Сниженная нагрузка по осушению вентиляционного воздуха
  2. Повышенная эффективность градирен

Термодинамическая температура по влажному термометру [ править ]

Термодинамическая температура по смоченному термометру или температура адиабатического насыщения - это температура, которую имел бы объем воздуха, если бы его адиабатически охлаждали до насыщения за счет испарения в него воды, причем вся скрытая теплота передается объемом воздуха.

Температура образца воздуха, который прошел над большой поверхностью жидкой воды в изолированном канале, называется термодинамической температурой по влажному термометру - воздух стал насыщенным, проходя через камеру постоянного давления с идеальным адиабатическим насыщением.

Метеорологи и другие специалисты могут использовать термин «изобарическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру». Ее также называют «температурой адиабатического насыщения», хотя метеорологи также используют «температуру адиабатического насыщения» для обозначения «температуры на уровне насыщения», т. Е. Температуры, которой может достичь посылка, если она адиабатически расширяется до насыщения. [4]

Термодинамическая температура по смоченному термометру нанесена на психрометрическую диаграмму .

Термодинамическая температура по смоченному термометру - это термодинамическое свойство смеси воздуха и водяного пара. Значение, показываемое простым термометром по влажному термометру, часто обеспечивает адекватное приближение к термодинамической температуре по влажному термометру.

Для точного термометра по влажному термометру "температура по влажному термометру и температура адиабатического насыщения приблизительно равны для смесей воздух-вода при атмосферной температуре и давлении. Это не обязательно верно при температурах и давлениях, которые значительно отличаются от обычных атмосферных условий. , или для других парогазовых смесей ». [5]

Показания температуры влажного термометра [ править ]

Влажный сухой гигрометр с термометром по мокрому термометру
Стропный психрометр. Носок смачивают дистиллированной водой и вращают в течение минуты или более перед снятием показаний.

Температура по влажному термометру измеряется с помощью термометра , колба которого обернута тканью, называемой носком , которая смачивается дистиллированной водой за счет впитывания . Такой прибор называется термометром по мокрому термометру. Широко используемым устройством для измерения температуры по влажному и сухому термометру является строп-психрометр , который состоит из пары термометров с ртутным термометром, один с влажным «носком» для измерения температуры по влажному термометру, а другой - с открытым термометром и сухим в течение температура по сухому термометру. Термометры прикреплены к поворотной ручке, которая позволяет вращать их, так что вода испаряется из носка и охлаждает влажный термометр, пока он не достигнет теплового равновесия .

Настоящий термометр по влажному термометру показывает температуру, которая немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, но они очень близки по величине. Это происходит по совпадению: для системы вода-воздух психрометрическое соотношение (см. Ниже) оказывается близким к 1, хотя для систем, отличных от воздуха и воды, они могут быть не такими близкими.

Чтобы понять, почему это так, сначала рассмотрим расчет термодинамической температуры по влажному термометру.

Эксперимент 1

В этом случае охлаждается поток ненасыщенного воздуха. Тепло от охлаждения этого воздуха используется для испарения некоторого количества воды, что увеличивает влажность воздуха. В какой-то момент воздух насыщается водяным паром (и охлаждается до термодинамической температуры по влажному термометру). В этом случае мы можем записать следующий баланс энергии на массу сухого воздуха:

  • содержание насыщенной воды в воздухе (кг H 2 O / кг сухого воздуха )
  • начальное содержание воды в воздухе (те же единицы, что и выше)
  • скрытая теплота воды (Дж / кг H 2 O )
  • начальная температура воздуха (К)
  • температура насыщенного воздуха (K)
  • удельная теплоемкость воздуха (Дж / кг · К)

Эксперимент 2

В случае термометра по мокрому термометру представьте себе каплю воды с обдувом ненасыщенным воздухом. Пока давление водяного пара в капле (функция его температуры) больше парциального давления водяного пара в воздушном потоке, происходит испарение. Первоначально тепло, необходимое для испарения, будет исходить от самой капли, поскольку наиболее быстро движущиеся молекулы воды, скорее всего, покинут поверхность капли, поэтому оставшиеся молекулы воды будут иметь более низкую среднюю скорость и, следовательно, более низкую температуру. Если бы это было единственное, что произошло бы, и воздух начал бы высыхать до костей, если бы воздух дул достаточно быстро, его парциальное давление водяного пара оставалось бы постоянно нулевым, и капля стала бы бесконечно холодной. [цитата необходима ]

Ясно, что этого не происходит. Оказывается, когда капля начинает охлаждаться, она становится холоднее воздуха, поэтому конвективный теплообмен начинает происходить от воздуха к капле. Также имейте в виду, что скорость испарения зависит от разницы в концентрации водяного пара между поверхностью раздела капля-поток и удаленным потоком (т. Е. «Исходным» потоком, на который капля не влияет) и от коэффициента конвективного массопереноса, который является функция компонентов смеси (т.е. воды и воздуха).

По прошествии определенного периода достигается равновесие: капля остывает до точки, в которой скорость тепла, уносимого при испарении, равна теплу, полученному за счет конвекции. На данный момент справедлив следующий баланс энергии на площадь интерфейса:

  • содержание воды на границе раздела в равновесии (кг H 2 O / кг сухого воздуха ) (обратите внимание, что воздух в этой области является и всегда был насыщенным)
  • содержание воды в удаленном воздухе (те же единицы, что и выше)
  • коэффициент массопередачи (кг / м 2 с)
  • температура воздуха на расстоянии (K)
  • температура капли воды при равновесии (K)
  • коэффициент конвективной теплопередачи (Вт / м 2 · K)

Обратите внимание, что:

  • является движущей силой массопереноса (постоянно равной на протяжении всего эксперимента)
  • является движущей силой для передачи тепла (при достижении равновесия достигается)

Давайте перефразируем это уравнение на:

Теперь давайте вернемся к нашему первоначальному эксперименту с «термодинамическим мокрым шариком», Эксперименту 1. Если поток воздуха одинаков в обоих экспериментах (т. Е. И одинаковы), то мы можем приравнять правые части обоих уравнений:

Немного переставив:

Теперь ясно, что если тогда температура капли в эксперименте 2 такая же, как температура по влажному термометру в эксперименте 1. Из-за совпадения для смеси воздуха и водяного пара это так, соотношение (называемое психрометрический коэффициент ) близкий к 1. [6]

Эксперимент 2 - это то, что происходит с обычным термометром с мокрым термометром. Вот почему его показания довольно близки к термодинамической («реальной») температуре по влажному термометру.

Экспериментально показания термометра по мокрому термометру наиболее близки к термодинамической температуре по мокрому термометру, если:

  • Носок защищен от лучистого теплообмена с окружающей средой.
  • Воздух проходит мимо носка достаточно быстро, чтобы испаряющаяся влага не влияла на испарение из носка.
  • Вода, подаваемая в носок, имеет ту же температуру, что и термодинамическая температура воздуха по влажному термометру.

На практике значение, сообщаемое термометром по влажному термометру, немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, потому что:

  • Носки плохо защищены от лучистого теплообмена.
  • Скорость воздушного потока через носок может быть меньше оптимальной.
  • Температура воды, подаваемой в носок, не контролируется.

При относительной влажности ниже 100% вода испаряется из колбы, которая охлаждает колбу ниже температуры окружающей среды. Для определения относительной влажности температура окружающей среды измеряется с помощью обычного термометра, более известного в данном контексте как термометр с сухим термометром . При любой заданной температуре окружающей среды меньшая относительная влажность приводит к большей разнице между температурами по сухому и влажному термометрам; влажная лампочка холоднее. Точная относительная влажность определяется путем считывания психрометрической диаграммы зависимости температур по влажному термометру от температуры по сухому термометру или расчетом.

Психрометры - это приборы с термометром с мокрым и сухим термометром.

Термометр с влажным термометром также можно использовать на открытом воздухе при солнечном свете в сочетании с глобусным термометром (который измеряет падающую лучистую температуру ) для расчета температуры влажного шара (WBGT).

Адиабатическая температура по влажному термометру [ править ]

Адиабатической температуры по влажному термометру температура объем воздуха будет иметь , если охлаждается адиабатически до насыщения , а затем сжимается адиабатически к исходному давлению во влажной-адиабатического процесса [ разъяснение необходимости ] (АМС Глоссарий [ разъяснение необходимости ] ). Такое охлаждение может происходить из-за того, что давление воздуха падает с высотой [ необходимо разъяснение ] , как указано в статье о повышенном уровне конденсации .

Этот термин, как он определен в этой статье, может быть [ расплывчато ] наиболее распространенным в метеорологии.

Поскольку значение, называемое «термодинамической температурой по влажному термометру», также достигается с помощью адиабатического процесса, некоторые инженеры и другие могут использовать [ расплывчато ] термин «адиабатическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру». . Как упоминалось выше, метеорологи и другие специалисты могут использовать [ расплывчато ] термин «изобарическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру».

«Связь между изобарным и адиабатическим процессами довольно неясна. Однако сравнения показывают, что две температуры редко отличаются более чем на несколько десятых градуса Цельсия, а адиабатическая версия всегда меньше двух для ненасыщенного воздуха. . Поскольку разница настолько мала, на практике ею обычно пренебрегают ". [7]

Депрессия влажного термометра [ править ]

Депрессия влажному термометру разница между температурой по сухому термометру и температуры по влажному термометру. Если влажность 100%, температуры по сухому и влажному термометрам идентичны, поэтому депрессия по влажному термометру в таких условиях равна нулю. [8]

Температура и здоровье по влажному термометру [ править ]

См. Также: Влияние глобального потепления на здоровье человека и терморегуляцию.

Живые организмы могут выжить только в определенном температурном диапазоне. Когда окружающая температура слишком высока, люди и многие животные охлаждают себя ниже температуры окружающей среды за счет испарительного охлаждения (пот у людей и лошадей, слюна и вода у собак и других млекопитающих); это помогает предотвратить потенциально смертельную гипертермию из-за теплового стресса. Эффективность испарительного охлаждения зависит от влажности; температура по влажному термометру или более сложные расчетные величины, такие как температура влажного термометра (WBGT), которая также учитывает солнечное излучение , дает полезное представление о степени теплового стресса и используется несколькими агентствами в качестве основы для теплового стресса. рекомендации по профилактике.

Постоянная температура по влажному термометру выше 35 ° C (95 ° F) может быть фатальной даже для здоровых людей, не одетых в тени рядом с вентилятором; при этой температуре наши тела переключаются с передачи тепла окружающей среде на получение тепла от нее. [9] Таким образом, 35 ​​° C (95 ° F) - это порог, после которого организм больше не может адекватно охлаждаться. Исследование, проведенное NOAA в 2013 году, показало, что тепловой стресс значительно снизит производительность труда при текущих сценариях выбросов. [10]

Исследование 2010 года пришло к выводу, что при наихудшем сценарии глобального потепления с температурой на 12 ° C (22 ° F) выше, чем в 2007 году, предельная температура по влажному термометру для людей может быть превышена в большей части мира в будущие столетия. [11] Исследование 2015 года пришло к выводу, что некоторые части земного шара могут стать непригодными для жизни. [12] Примером порога, при котором человеческое тело больше не может охлаждаться и начинает перегреваться, является уровень влажности 50% и высокая температура 46 ° C (115 ° F), поскольку это указывает на температура по влажному термометру 35 ° C (95 ° F). [13]

В 2018 году Южная Каролина ввела новые правила для защиты старшеклассников от чрезвычайных ситуаций, связанных с жарой, во время активного отдыха. Для температур по влажному термометру от 82,0 ° F (27,8 ° C) до 92,0 ° F (33,3 ° C) действуют особые правила и ограничения; температура по влажному термометру 92,1 ° F (33,4 ° C) или выше требует отмены всех мероприятий на открытом воздухе. [14] [15]

Волны жары с высокой влажностью [ править ]

  • 8 июля 2003 года в Дахране, Саудовская Аравия , был зафиксирован самый высокий индекс жары, когда-либо зарегистрированный: 81 ° C (178 ° F) с температурой 42 ° C (108 ° F) и точкой росы 35 ° C (95 ° F). . [16] [17]
  • В 2015 году во время аномальной жары в Индии температура по влажному термометру в Андхра-Прадеше достигла 30 ° C (86 ° F). Аналогичная температура по смоченному термометру была достигнута во время аномальной жары в Чикаго в 1995 году . [18]
  • Волна жары в августе 2015 года привела к температуре 48,6 ° C (119,5 ° F) и точке росы 29,5 ° C (85,1 ° F) в Самаве , Ирак , и 114,8 ° F (46,0 ° C) с точкой росы 89,6 ° F (32,0 ° C) в Бандар-э-Махшехре , Иран . [19] Это подразумевает температуру по влажному термометру около 33,5 ° C (92,3 ° F) и 34,7 ° C (94,5 ° F) соответственно. [20] Правительство призвало жителей держаться подальше от солнца и пить много воды.

Самые высокие зарегистрированные температуры влажного термометра [ править ]

В следующих местах зафиксирована температура по влажному термометру 34 ° C (93 ° F) или выше. Обратите внимание, что метеостанции, как правило, находятся в аэропортах, не обязательно с самыми большими поглотителями тепла, поэтому в других местах города могут быть более высокие значения. [21]

WT (° C)Город и штатСтрана
36,3Рас-эль-ХаймаОАЭ
36,2[безымянное место], СиндПакистан
36МеккаСаудовская Аравия
35,8Хисар, ХарьянаИндия
35,6Яннари, Западная АвстралияАвстралия
35,4Вильяэрмоса , ТабаскоМексика
35,1[безымянное место], Хайбер-ПахтунхваПакистан
35 годМаракайбоВенесуэла
35 годМатлапа , Сан-Луис-ПотосиМексика
35 годЧойс, СиналоаМексика
34,8Ла-Пас, Южная Нижняя КалифорнияМексика
34,8Сото-ла-Марина, ТамаулипасМексика
34,7МединаСаудовская Аравия
34,7Бандар АббасИран
34,6Махилипатнам Мандал , Андхра-ПрадешИндия
34,5Сахадевхунта , Баласор , ОдишаИндия
34,4БамакоМали
34,4Чиксулуб, ЮкатанМексика
34,1РангунБирма
34Аджнала, ПенджабИндия
34Порт-Хедленд, Западная АвстралияАвстралия
34Эмпалме, СонораМексика
34Туспан, ВеракрусМексика
34Департамент ПайсандуУругвай

Температура влажного термометра и тепловой индекс [ править ]

См. Также [ править ]

  • Атмосферная термодинамика
  • точка росы
  • Индекс тепла
  • Потенциальная температура влажного термометра

Ссылки [ править ]

  1. ^ Гай В. Гуптон (2002). Управление HVAC: эксплуатация и обслуживание . Fairmont Press, Inc., стр. 288–. ISBN 978-0-88173-394-5.
  2. ^ Словарь погоды . Оксфордский справочник. ISBN 978-0-19-954144-7.
  3. ^ [1]
  4. ^ «Температура адиабатического насыщения» .
  5. ^ ВанВилен, Гордон Дж; Зоннтаг, Ричард Э. (1973). Основы классической термодинамики (2-е изд.). Вайли. п. 448. ISBN 978-0471902270.
  6. ^ Доступ к 20080408
  7. ^ Модуль дистанционного обучения NWSTC; ДИАГРАММА SKEW T LOG P И АНАЛИЗ ЗВУКА; РТМ - 230; Национальный учебный центр метеорологической службы; Канзас-Сити, Миссури 64153; 31 июля 2000 г.
  8. ^ «Сухой термометр, влажный термометр и температура точки росы» .
  9. ^ Шервуд, Южная Каролина; Хубер, М. (25 мая 2010 г.). «Предел приспособляемости к изменению климата из-за теплового стресса» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 107 (21): 9552–5. Bibcode : 2010PNAS..107.9552S . DOI : 10.1073 / pnas.0913352107 . PMC 2906879 . PMID 20439769 .  
  10. ^ Данн, Джон П .; Стоуфер, Рональд Дж .; Джон, Жасмин Г. (2013). «Тепловой стресс снижает трудоспособность при потеплении климата» . Лаборатория геофизической гидродинамики . 3 (6): 563. Bibcode : 2013NatCC ... 3..563D . DOI : 10.1038 / nclimate1827 .
  11. ^ «Предел приспособляемости к изменению климата из-за теплового стресса» . Университет Пердью. 4 мая 2010 г.
  12. ^ Джереми С. Пал и Эльфатих А.Б. Эльтахир (2015). «Ожидается, что в будущем температура в Юго-Западной Азии превысит порог адаптации человека». Природа . 6 (2): 197–200. Bibcode : 2016NatCC ... 6..197P . DOI : 10.1038 / nclimate2833 .CS1 maint: uses authors parameter (link)
  13. ^ «Персидский залив может стать слишком жарким для людей к 2100 году; глобальное потепление может сделать районы Персидского залива непригодными для проживания людей менее чем за 10 лет, - говорится в исследовании» . AFP . Дейли телеграф. 26 октября 2015 . Проверено 27 октября 2015 года .
  14. ^ Шелтон, Дэвид. «Новые правила вступают в силу для защиты спортсменов средней школы SC от сильной жары» . Почта и курьер . Проверено 16 августа 2018 .
  15. ^ "Мониторинг температуры в глобусе влажной лампы (WBGT)" (PDF) . Лига средней школы Южной Каролины . Проверено 16 августа 2018 .
  16. ^ Джейсон Samenow (31 июля 2015). «Город Ирана достиг показателя удушающей жары в 165 градусов, что близко к мировому рекорду» . Вашингтон Пост . Архивировано из оригинального 26 апреля 2016 года . Проверено 4 июня 2018 .
  17. ↑ Хенсон, Боб (9 мая 2020 г.). «Тепло и влажность на пороге живучести: это уже происходит» . Погода под землей . Дата обращения 10 мая 2020 .
  18. ^ «Смертельное сочетание тепла и влажности» . Нью-Йорк Таймс . 6 июня 2015 . Проверено 16 марта 2016 .
  19. ^ «По ощущениям температура достигает 164 градусов в Иране, 159 в Ираке; выходные заказаны, так как Ближний Восток вспыхивает в условиях сильной жары» . Weather.com . 5 августа 2015 . Проверено 16 марта 2016 .
  20. ^ «Относительная влажность и влажный термометр от точки росы» . Национальная служба погоды США . Дата обращения 4 февраля 2019 . Расчет предполагал давление воздуха 760 мм рт. Ст. (101 кПа).
  21. ^ [2]

Внешние ссылки [ править ]

  • 3 способа получить температуру по влажному термометру для инженеров
  • Таблица влажных ламп для производства снега (по Фаренгейту)
  • Охладитель косвенного испарения охлаждается ниже температуры по влажному термометру
  • Калькулятор влажного термометра и точки росы от NOAA
  • Ярлык для расчета по влажному термометру
  • Расчет индекса теплового стресса