ТАБЛИЦА НАСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГО ПАРА (но давлению)
Энтальпия кипящей жидкости определяется по давлению или температуре и берется из таблиц насыщенного водяного пара. [c.178]Если, например, температура влажного воздуха равна 18°С, а парциальное давление пара р = 1 кПа, то, поскольку по таблице насыщенного водяного пара заданной температуре соответствует давление насыщения р = 2,06 кПа, имеем Pa[c.182]
ТАБЛИЦА НАСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГО ПАРА (ПО ДАВЛЕНИЮ) [c.266]
Парциальное давление водяного нара в насыщенном газе равно давлению насыщения водяного пара при данной температуре, которое определяется из таблиц насыщенного водяного пара [8]. [c.14]
Показатель адиабаты сжатия влажного воздуха к = 1,122 находится из рис. j29, а. При Ti = 478 К из таблицы насыщенного водяного пара [8, 9) определяется парциальное давление водяного пара = 17,58 кг/см .
Значение рп.м при tнасыщенного водяного пара. Если температура воздуха t> то Рп.м принимается равным давлению влажного воздуха. При нагревании влажного воздуха выше температуры насыщения водяного пара при давлении смеси относительная влажность воздуха не изменяется. [c.87]
Водяной пар является реальным газом, поэтому все расчеты по нему ведутся с помощью г, 5-диаграммы или специальных таблиц насыщенного водяного пара (табл. 2-1) [20]. В представленной таблице рн и н — соответственно давление и температура насыщения V» — удельный объем пара г —скрытая теплота парообразования г — энтальпия воды 1″ — энтальпия сухого насыщенного пара.
Соответствующее температуре насыщения пара давление р» по таблице насыщенного водяного пара равно р» = 1,15 ama. [c.74]
Давление насыщения при соответствующей температуре определяется по таблицам насыщенного водяного пара.
[c.
337]
Плотность пара в объеме влажного воздуха рп, кг/м , называют абсолютной влажностью воздуха. Каждому состоянию влажного воздуха соответствует вполне определенное максимальное возможное значение плотности пара рп.м. Если температура влажного воздуха I меньше или равна температуре /н насыщения водяного пара при давлении смеси р, то величина рп.м определяется по температуре i с помощью таблиц насыщенного водяного пара. Если температура смеси / больше /н, то рп.м определяется по таблицам перегретого водяного пара для значений I и р.
Величина берется по таблицам насыщенного водяного пара в зависимости от давления пара. [c.139]
Пример 12-1. Определить с помощью таблиц конечное давление, степень сухости и количество отведенной теплоты, если в закрытом сосуде объемом 2 ж сухой насыщенный водяной пар охлаждается от начальной температуры i=180° до конечной 2=58° С.
Эти величины определяются по таблицам для насыщенного водяного пара при давлении рз влияние влажности пара на удельный объем, а также возможный перегрев не учитываются.
[c.68]Давление р определяется для по таблицам для насыщенного водяного пара. [c.73]
Для температур влажного воздуха ниже температуры насыщения или равных ей значение при данном давлении равно удельному весу насыщенного водяного пара (7 ). соответствующему температуре смеси, и для температур выше температуры насыщения — удельному весу перегретого водяного пара при данных температуре и давлении смеси. Значения см. в таблицах
До последнего времени определение указанных производных представляло значительные трудности и для ряда областей параметров состояния не могло быть выполнено с требуемой точностью, так как издававшиеся ранее таблицы свойств водяного пара в этих областях составлялись графическим путем (без привлечения уравнений состояния) со сравнительно редким шагом по давлению и температуре. Это в первую очередь относится к области, близкой к критической точке, надкритической области и областям, прилегающим к линии насыщения, где термодинамические свойства претерпевают наиболее сильные изменения.
По найденному парциальному давлению водяного пара в продуктах горения с помощью таблиц для насыщенного водяного пара находят соответствующую данному давлению температуру кипения, которая и будет температурой точки росы. [c.35]
Из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара (см. при-лож.) или по формуле (3.12) находим давление насыщенного водяного пара при t = 25°С [c.84]Определим скорость звука в насыщенном водяном паре при давлении р = = 10 Па. Взяв необходимые постоянные в таблицах водяного пара, по формуле (8.52) найдем а =441,4 м/с.
Решение. По таблицам водяного пара находим, что при f = 34 °С давление насыщенного водяного пара составляет 39,9 мм рт. ст. (5,319 кПа), что является парциальным давлением водяного пара р- . Парциальное давление воздуха [c.268]
Ртутный вакуумметр обладает существенным иедостатком — его показание нельзя передать дистанционно.
Для передачи измеренного вакуума на БЩ используются пружинные вакуумметры с электрической дистанционной передачей показаний. Они обладают несколько меньшей точностью по сравнению с ртутным вакуумметром. Широко распространено измерение давления пара в конденсаторе по его температуре. Температура пара в выхлопном патрубке ta измеряется термометром сопротивления с установкой вторичного самопишущего прибора на БЩ. Давление, соответствующее измеренной температуре пара, находится из таблиц насыщенного водяного пара. На рис. 4-9 приведен переводной график для наиболее распространенных в эксплуатации пределов in.
В гл. 8 Химическое средство дана без вывода формула константы равновесия Кс- Дальше выводится уравнение, устанавливаю-uiee зависимость между максимальной работой и константой равновесия. Зате.м выводится уравнение изохоры реакции и дается принцип Ле-Шателье. Глава заканчивается обоснованием (обычным порядком через кривые реакции теплоты и максимальной работы) закона Нернста.
Теплосодержание пара г п, соответствующее данной температуре и парциальному давлению Рп, определяется по таблице насыщенного водяного пара (приложение 10), если газ является 1 асышенным водяными парами, и по таблице перегретого пара (приложение И), если газ насыщен неполностью.
Значение рпн при 1 насыщенного водяного пара. Если температура воздуха t > то Рпн принимается равным давлению влажного воздуха. При охлаждении влажного воздуха понижение его температуры вызывает уменьшение парциального давления насыщенного пара (рпн) и соответственно плотности (рпн)- При постоянном парциальном давлении Рп и плотности пара в воздухе р это приводит к увеличению относительной влажности ф. Нагревание влажного воздуха уменьшает его относительную влажность. При нагревании влажного воздуха выше температуры насыщения, соответствующего давлению смеси, относительная влажность воядуха не изменяется.
Простейший конденсационный гигрометр состоит из металлического тонкостенного цилиндрического сосуда, стенки которого тщательно отполированы. Сосуд заполняется эфиром. Если через эфир прокачивать воздух, то часть эфира испарится и температура его понизится. Практически температура эфира равна температуре стенок цилиндра. Охлаждение эфира производят до тех пор, пока на полированной металлической поверхности сосуда не появится роса. В этот момент замечанзт температуру эфира, которая будет соответствовать температуре точки росы. Появление росы свидетельствует о переходе прилегающего слоя воздуха у стенок сосуда в состояние насыщения. Пользуясь таблицами для насыщенного водяного пара, можно по температуре точки росы определить парциальное давление водяного пара во влажном воздухе.
Из таблицы ртутного пара видно, что температура насыщения при iHg2 = 0,01 МПа составляет 6ign = = 249,6° С. Принимаем температуру насыщенного водяного пара такой же это определяет давление водяного пара
[c.
258]
Определение температуры пара 4 близ места отсоса паро-воздушной смеси производится по таблицам состояния насыщенного водяного пара для найденного по уравнению (66) давления Р4. [c.49]
Замерив одновременно температуру паро-воздушной смеси при выходе из концевого конденсатора, температуру полученной смеси 2 в конце устройства перед выходом в атмос( юру, атмосферное давление р,, а также определив по таблицам для водяного пара соответствующее температуре /, давление насыщенных паров воды [c.168]
Таблицы сухого насыщенного пара. В сокращенных таблицах сухого насыщенного водяного пара, принятых в СССР (составленных проф. М, П. Вукаловичем), даны для давлений от 0,01 до 224 ата числовые значения t, V, V», г, i , i», г, s и s» (табл. 10 и 11). [c.62]
Пример. Определить средний коэффициент теплоотдачи при конденсации насыщенного водяного пара на вертикальной латунной трубе высотой 3 м. Средний тепловой поток = 50 000 ккал/м час, давление пара 5 ата, t» = С- По таблицам находим значения физических характеристик при температуре насыщения г = 525,7 ккал1кг, ([c.
159]
Теплосодержание сухого, влажного и насыщенного пара. Понятие о перегретом паре н его получении, теплота перегрева, теплосодерлвысокого давления. Таблица для водяного пара (сухого, насыщенного и перегретого). Основные свойства насыщенного и перегретого пара, конденсация водяного пара. Диаграмма проф. М. П, Вукаловича для водяного пара. [c.612]
Онлайн калькулятор: Давление насыщенного водяного пара
Этот калькулятор рассчитывает давление насыщенного водяного пара в зависимости от температуры и атмосферного давления. Под калькулятором, как водится, небольшой ликбез с формулами.
Давление насыщенного водяного пара
Температура воздуха, градусов Цельсия
Единицы измерения давлениямм рт.ст.гектопаскальТочность вычисленияЗнаков после запятой: 2
Давление насыщенного водяного пара, гектопаскаль
content_copy Ссылка save Сохранить extension Виджет
Для начала небольшое определение из Википедии:
Пар — газообразное состояние вещества в условиях, когда газовая фаза может находиться в равновесии с жидкой или твёрдой фазами того же вещества.
Процесс возникновения пара из жидкой (твёрдой) фазы называется испарением или парообразованием. Обратный процесс называется конденсация. Насыщенный пар — пар, достигший термодинамического равновесия со своей жидкостью.
Представим себе закрытый сосуд, находящийся при постоянной температуре. В сосуде будет наблюдаться процесс испарения, обусловленного неравномерным распределением кинетической энергии молекул при тепловом движении.
Испарение приводит к постепенному увеличению числа молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещества в газообразном состоянии достигнет такого значения, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, покидающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации вещества. Тот пар, что получился после установления динамического равновесия, и есть насыщенный пар. Пар, находящийся при давлении ниже насыщенного, называют ненасыщенным.
Для насыщенного водяного пара испарение может идти как над водой, так и надо льдом. Мы здесь ограничимся формулами только для воды.
Чтобы достичь состояния полного насыщения, воздух должен поглотить вполне определенное количество водяного пара, которое зависит от температуры и давления.
Важным показателем является парциальное давление водяного пара в воздухе, и его максимальная величина, называемая давлением насыщенного водяного пара.
Этот калькулятор использует формулы для вычисления давления насыщенного водяного пара взятые из Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation Всемирной метеорологической организации (World Meteorological Organization) за 2008 год.
Итак, насыщенное давление чистой фазы водяного пара рассчитывается по формуле
Насыщенное давление водяного пара во влажном воздухе рассчитывается по формуле
где функция от давления равна
Температура задается в градусах Цельсия, давление — в гектопаскалях (1 гектопаскаль = 100 Паскаль).
Относительные давления водяного пара насыщенных
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ — отношение (выраженное в процентах) весового количества водяного пара в любом объеме газовой смеси (в частности, в воздухе) к весовому количеству насыщенного водяного пара, насыщающего такой же объем при той же температуре. О. в. характеризует степень насыщения водяным паром данной газовой смеси. Эту величину используют в различных технических расчетах. Она дает возможность, например, определить, при какой температуре в данной газовой смеси начнется конденсация водяного пара. Температура начала конденсации называется точкой росы. Зная эту точку, с помощью таблиц зависимости давления водяного пара от температуры определяют О. в. Для определения О. в. воздуха пользуются еще и психрометром. [c.184]
Относительной влажностью газа называется отношение массы водяного пара, фактически находящегося в газовой смеси, к массе насыщенного водяного пара, который мог бы быть в данном объеме при той же температуре.
Относительная влажность газа может быть также выражена отношением парциального давления водяных паров в газе к давлению насыщенных водяных паров при той же температуре. [c.211]
Воздух насыщен парами воды при 25° С. При какой температу- ре прн неизменном содержании водяных паров относительная влажность воздуха будет равна 80%, если при 25° С давление водяного пара равно 23,76 мм рт. ст. и удельная теплота испарения воды [c.156]
Количество воды на защищенных от дождя металлических поверхностях в большой степени зависит от относительной влажности воздуха, т.е. отношения фактического давления водяных паров к давлению насыщения. Ниже определенного уровня относительной влажности, критической влажности, пленка влаги настолько тонка, что в большинстве случаев коррозия незначительна. Выше этого критического уровня с ростом относительной влажности скорость коррозии сильно увеличивается. Критическая влажность зависит и от металла, и от степени поверхностных загрязнений, так как последние могут быть более или менее гигроскопичными.
Для стали в наружных [c.55]
На рис. П-З представлена номограмма для определения равновесных давлений водяного пара иад насыщенными растворами аммиачной селитры при различных температурах [3]. На номограмме приведена равновесная относительная влажность воздуха, температура которого равна температуре аммиачной селитры кроме того, выделены области подсушивания твердой аммиачной селитры. [c.156]
Поскольку теория Оствальда, о пересыщенном состоянии базируется на различиях в растворимости, то упомянем также правило Оствальда по сопоставлению стабильных и метастабильных кристаллогидратов. Согласно этому правилу, в процессе кристаллизации из раствора сначала выделяются метастабильные кристаллогидраты, имеющие большую растворимость или большее значение давления водяного пара, чем стабильные кристаллогидраты. Ступенчато или через ряд промежуточных превращений гетерогенная система пересыщенный раствор — метастабильный кристаллогидрат переходит в систему насыщенный раствор — стабильный кристаллогидрат.
Например (рис. 4.17) в системе раствор—соль в результате изменения растворимости или при химическом осаждении достигается концентрация пересыщенного раствора (кривая /), соответствующая растворимости метастабильной соли, т. е. кристаллизация протекает при наличии концентрационного напора т — относительно растворимости стабильной соли (линия 2). При растворении метастабильной соли изменение концентрации раствора несколько отличается (кривая 3). Это отличие может сказаться на индукционном периоде кристаллизации. [c.101]Относительная влажность — это отношение массы водяного пара (в % или долях), фактически находящегося в газовой смеси, к массе насыщенного пара, который мог бы находиться в данном объеме при тех же давлении и температуре, т.е. это отношение абсолютной влажности газа к его влагосодержанию. Относительную влажность ф также выражают отношением парциального давления водяных паров в газе к давлению насыщенного пара р при той же температуре [c.77]
Относительная влажность — это отношение давления водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара при данной температуре (выражают в процентах).
. [c.11]
Относительное давление водяного пара над смесями твердых солей с их насыщенными водными растворами, смесями безводных солей с их гидратами и над смесями двух различных гидратов за единицу принято давление пара воды при данной температуре [c.419]
Смеси солей с их насыщенными водными растворами Относительное давление водяного пара Р [c.332]
Относительная влажность Ф — это отношение парциального давления водяных паров в смеси с воздухом р к давлению насыщенных паров р при той же температуре. [c.171]
Парциальное давление насыщенного водяного пара при 20 °С составляет 2,5-10 Па. При относительной влажности 50% фактическое парциальное давление водяных паров в воздухе будет 2,5-10 -0,5 = 1,25-10 Па. Количество водяных паров [c.24]
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА И ДАВЛЕНИЕ ВОДЯНОГО ПАРА НАД НАСЫЩЕННЫМИ РАСТВОРАМИ СМЕСЕЙ НЕКОТОРЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ [c.
32]
Отношение равновесного давления водяного пара над содержащим влагу веществом к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре или, что то же, относительная влажность воздуха, при которой вещество не поглощает и не теряет воду, называется гигроскопической точкой вещества. Чем выше гигроскопическая точка, тем меньше гигроскопичность вещества. [c.273]
Воздух в комнате размерами 5 мХЮ мХ4 м содержит некоторое количество водяного пара. Температура равна 20° С, относительная влажность 60%. Давление насыщенного пара воды при 20° С равно 17,36 мм рт. ст. (относительная влажность равна парциальному давлению водяного пара, деленному на давление насыщенного пара жидкой воды при заданной температуре). Сколько граммов воды содержится в воздухе комнаты [c.103]
Относительная влажность есть отнощение веса водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха, к весу водяного пара, который находился бы в этом объеме при той же температуре при полном насыщении воздуха водяными парами, или же отношение давления находящихся в воздухе водяных паров к давлению водяных паров, насыщающих пространство при гой же температуре.
[c.317]
Насыщенный раствор гексааквахлорида кальция СаСЬ-бНгО при комнатной температуре имеет такое давление водяных паров над поверхностью, которое создает относительную влажность воздуха, равную 35%. Это позволяет хранить над ним в закрытом сосуде (эксикаторе) образцы гигроскопического материала, требующего перед лабораторными испытаниями специальной выдержки в атмосфере с определенной влажностью. Если образцы нужно хранить в воздухе с другой влажностью, то для этого их помещают в эксикаторы над насыщенными растворами соответствующих солей (табл. 20). [c.221]
Другими словами, относительная влажность — это отнощение концентрации водяного пара к концентрации водяного пара при насыщении или отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного водяного пара. [c.331]
Сравнительно просто поддерживать относительную влажность в закрытых сосудах. Для этой цели наиболее широкое применение нашли водные растворы серной кислоты или насыщенные растворы солей.
В обоих случаях давление водяного пара над раствором снижается. Используя растворы серной кислоты, можно получить практически непрерывные ряды влажности путем «разбавления воды» малолетучими веществами. Практически тот же эффект может быть получен при использовании насыщенных растворов солей. [c.342]
Что касается содержания влаги в воздухе, то оно сильно колеблется в зависимости от температуры, близости водоемов, барометрического давления, времени года и других параметров. Влажность воздуха измеряется в относительных и абсолютных единицах. Под относительной влажностью х воздуха понимают отношение парциального давления водяного пара в воздухе р (Н2О) к давлению насыщенного водяного пара при данной температуре р° (HgO) [c.26]
Относительная влажность воздуха и давление водяного пара над насыщенными растворами [c.43]
Выбор того или иного способа образования жидкого орошения диктуется необходимостью избежать на верху колонны условий, при которых водяной пар может сконденсироваться и вода вместе с орошением может попасть на тарелки колонны.
Очевидно, при малых относительных расходах водяного пара и при сравнительно высоких температурах верха колонны применение парциального конденсатора вполне возможно. Обязательное условие, которое при этом должно соблюдаться, состоит в том, что парциальное давление водяного пара в парах ректификата должно быть меньше давления насыщения паров воды при этой же температуре. Когда этому условию удовлетворить не удается, необходимо отказаться от парциального конденсатора и оборудовать колонну конденсационно-холодильным устройством для подачи острого орошения. Благодаря свойству [c.405]
Здесь 5000 -1,004 1,29 -40 — теплота, уносимая воздухом, поступающим в экстрактор (см. выше) 7373 Па — парциальное давление водяных паров в газе, насыщенном при 40 °С (55,3 мм рт. ст.) 0,8 — относительная влажность воздуха 2568,6 — теплота водяных паров, кДж/кг. [c.272]
Максимально возможное содержание водяного пара в неподвижном газовом объеме однозначно связано с параметрами его состояния.
Количественно содержание влаги в газах характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютной влажностью или влаго-содержанием с1 называют массу водяных паров, приходящуюся на единицу объема или массы газа. Относительная влажность показывает степень насыщения газа водяным паром и представляет собой отношение имеющегося количества водяного пара в газе к максимально возможному в данных условиях. Относительную влажность удобно выражать через отношение парциального давления водяного пара в газе к давлению (упругости) насыщенного пара при той же температуре. [c.52]
Высокая концентрация насыщенных растворов солей, при которой давление водяного пара максимально, достигается для легкоплавких солей при гораздо более низких температурах, чем для тугоплавких. Этим, в основном, и обусловлена разница в порядке величины максимального давления пара насыщенных растворов легкоплавких и относительно тугоплавких солей. Так, для роданистого калия максимум давления пара насыщенных растворов достигается при 136° при этой температуре давление пара чистой воды равно только 3,3 кГ/rf.
Соответствующая температура для хлорида калия равна 560—580°, т. е. примерно на 200° превышает критическую температуру воды. Отсюда понятна громадная разница максимального давления водяного пара насыщенных растворов этих солей (231 мм рт. ст. для K NS и 224 KFj M для КС1). [c.124]
Относительная влажность воздуха—степень его насыщения водяными парами, численно равная отношению влагосо-держания влажного воздуха й при определенной температуре к влагосодержанию насыщенного воздуха й» при той же температуре. Относительная влажность воздуха может быть выражена также отношением парциального давления водяных паров в воздухе Рп к давлению водяных паров насыщенного воздуха р,, при этой же температуре [c.190]
Рассмотрим случай сжатия влажного газа с относительной влажностью ф = 1 и температурой всасывания t = 25° С при отношении давлений е = 4. Этой температуре соответствует давление насыщенного водяного пара в 3,17 кн1м . В конце сжатия парциальное давление водяного пара становится равным 3,17-4 = 12,68 кн1м .
Температура конденсации пара такого давления равна 50° С. Следовательно, чтобы не происходила конденсация водяных паров в цилиндре при условии, что температура его стенки превышает на 15—20° температуру в водяной рубашке, необходимо, чтобы температура воды в ней была не ниже 30—35°, т. е. на 5—10° выше температуры всасываемого газа. [c.319]
Время г в выражении (52) отсчитывают с момента начала трещинообразования, Разность парщ1альных давлений водяных паров Ар на поверхности покрытия и металле под покрытием можно принять для расчетов равной упругости насыщенного водяного пара при температуре грунтовой среды так как даже в относительно маловлажных грунтах на поверхности покрытия образуется сплошная жидкостная пленка из-за 100 %-ной влажности воздуха в порах грунта [29]. В некоторых случаях при уменьшении прилипаемости покрытия к трубе и накоплении под покрытием водяных паров Ар резко уменьшается. [c.81]
По уравнению (IV. 48) можно определить относительный расход водяного пара на перегонку, однако при условии, что образующаяся в процессе паровая фаза находится в равновесии с жидкостью.
Легко заметить из уравнения (IV. 48), что относительный расход водяного пара растет с увеличением давления рис уменьшением температуры процесса и молекулярного веса Ма отгоняемого вещества. Расход насыщенного водяного пара, определяемый по уравнению (IV.48), относится исключите льно к его количеству, необходимому для обеспечения суммарной упругости паров системы, отвечающей данной температуре. Если задано давление р, под которым должна вестись перегонка компонента а, то для нахождения температуры / процесса удобнее всего прибегнуть к простому графическому приему, показанному на фиг. 49. Нанеся кривую упругости перегоняемого вещества и построив при помощи таблиц свойств насыщенного водяного пара по точкам кривую р — р , можно найти температуру равновесия системы как абсциссу точки пересечения этих кривых. На фиг. 49 показан такой расчет для двух веществ — бензола и толуола — при условии, что внешнее давление равно 760 мм рт. ст. Линия / —р/ = 760 — р пересекает кривые упругости бензола и толуола в точках М и М, абсциссы которых = 69° и / = = 84,5° определяют температуры, при которых упругость насыщенных паров этих веществ будет равна 760 — р или, иначе говоря, в сумме с р станет равной внешнему давлению р=7б0 мм рт.
ст. Следует обратить внимание на снижение температур кипения, вызванное присутствием насыщенного водяного пара. Так, для бензола температура кипения понижается на 1Г, а для толуола на 26°. Из фиг. 49 легко видеть, что верхним пределом температуры перегонки с насыщенным водяным паром будет точка кипения воды при данном давлении р. Теперь рассмотрим систему, состоящую из двух компонентов ДИШ, удовлетворяющих условию полной взаимной растворимости, но не растворимых с водой. В условиях равновесной перегонки с насыщенным водяным паром такая система будет обладать согласно правилу фаз уже двумя степенями [c.173]
Имеется полное совпадение с результатом, полученным по уравнению (IX. 50), и, следовательно, температура верха /о = 87,1° выбрана правильно. При этой температуре упругость насыщенных паров воды равна 485ммрт. ст.. что значительно выше найденного ранее значения р = 260 мм рт. ст. Таким образом, в дестиллатных парах при температуре 0 = 87.1° водяной пар находится в перегретом состоянии, не следует опасаться его конденсации и на верху колонны может быть установлен парциальный конденсатор. Однако рассматриваемый случай не является общим, и довольно часто относительное содержание водяного пара в дестиллатных парах бывает настолько большим, что температура, отвечающая условиям насыщения, падает ниже так называемой тройной точки и водяной пар начинает конденсироваться. Чтобы избежать этого, необходимо применять острое орошение колонны, при котором постоянное количество водяного пара на верху колонны приходится уже не только на дестиллатные пары, но и на идущие вместе с ними пары орошения, поэтому падает относительное содержание водяного пара и соответственно понижается его парциальное давление. [c.425]
Равновесная влажность зависит от парциального давления водяного пара над материалом Р или пропорциональной ему величины относительной влажности воздуха = Рп1Рн (где/ н — давление насыщенного водяного пара при данной температуре). [c.323]
Насыщенный пар — материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике
Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев
Темы кодификатора ЕГЭ: насыщенные и ненасыщенные пары, влажность воздуха.Если открытый стакан с водой оставить на долгое время, то в конце концов вода полностью улетучится. Точнее — испарится. Что такое испарение и почему оно происходит?
Испарение и конденсация
При данной температуре молекулы жидкости обладают разными скоростями. Скорости большинства молекул находятся вблизи некоторого среднего значения (характерного для этой температуры). Но попадаются молекулы, скорости которых значительно отличаются от средней как в меньшую, так и большую сторону.
На рис. 1 изображён примерный график распределения молекул жидкости по скоростям. Голубым фоном показано то самое большинство молекул, скорости которых группируются около среднего значения. Красный «хвост» графика — это небольшое число «быстрых» молекул, скорости которых существенно превышают среднюю скорость основной массы молекул жидкости.
Рис. 1. Распределение молекул по скоростям
Когда такая весьма быстрая молекула окажется на свободной поверхности жидкости (т.е. на границе раздела жидкости и воздуха), кинетической энергии этой молекулы может хватить на то, чтобы преодолеть силы притяжения остальных молекул и вылететь из жидкости. Данный процесс и есть испарение, а молекулы, покинувшие жидкость, образуют пар.
Итак, испарение — это процесс превращения жидкости в пар, происходящий на свободной поверхности жидкости (при особых условиях превращение жидкости в пар может происходить по всему объёму жидкости. Данный процесс вам хорошо известен — это кипение).
Может случиться, что через некоторое время молекула пара вернётся обратно в жидкость.
Процесс перехода молекул пара в жидкость называется конденсацией. Конденсация пара — процесс, обратный испарению жидкости.
Динамическое равновесие
А что будет, если сосуд с жидкостью герметично закрыть? Плотность пара над поверхностью жидкости начнёт увеличиваться; частицы пара будут всё сильнее мешать другим молекулам жидкости вылетать наружу, и скорость испарения станет уменьшаться. Одновременно начнёт увеличиваться скорость конденсации, так как с возрастанием концентрации пара число молекул, возвращающихся в жидкость, будет становиться всё больше.
Наконец, в какой-то момент скорость конденсации окажется равна скорости испарения. Наступит динамическое равновесие между жидкостью и паром: за единицу времени из жидкости будет вылетать столько же молекул, сколько возвращается в неё из пара. Начиная с этого момента количество жидкости перестанет убывать, а количество пара — увеличиваться; пар достигнет «насыщения».
Насыщенный пар — это пар, который находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью. Пар, не достигший состояния динамического равновесия с жидкостью, называется ненасыщенным.
Давление и плотность насыщенного пара обозначаются и . Очевидно, и — это максимальные давление и плотность, которые может иметь пар при данной температуре. Иными словами, давление и плотность насыщенного пара всегда превышают давление и плотность ненасыщенного пара.
Свойства насыщенного пара
Оказывается, что состояние насыщенного пара (а ненасыщенного — тем более) можно приближённо описывать уравнением состояния идеального газа (уравнением Менделеева — Клапейрона). В частности, имеем приближённое соотношение между давлением насыщенного пара и его плотностью:
(1)
Это весьма удивительный факт, подтверждаемый экспериментом. Ведь по своим свойствам насыщенный пар существенно отличается от идеального газа. Перечислим важнейшие из этих отличий.
1. При неизменной температуре плотность насыщенного пара не зависит от его объёма.
Если, например, насыщенный пар изотермически сжимать, то его плотность в первый момент возрастёт, скорость конденсации превысит скорость испарения, и часть пара конденсируется в жидкость — до тех пор, пока вновь не наступит динамическое равновесие, в котором плотность пара вернётся к своему прежнему значению.
Аналогично, при изотермическом расширении насыщенного пара его плотность в первый момент уменьшится (пар станет ненасыщенным), скорость испарения превысит скорость конденсации, и жидкость будет дополнительно испаряться до тех пор, пока опять не установится динамическое равновесие — т.е. пока пар снова не станет насыщенным с прежним значением плотности.
2. Давление насыщенного пара не зависит от его объёма.
Это следует из того, что плотность насыщенного пара не зависит от объёма, а давление однозначно связано с плотностью уравнением (1).
Как видим, закон Бойля — Мариотта, справедливый для идеальных газов, для насыщенного пара не выполняется. Это и не удивительно — ведь он получен из уравнения Менделеева — Клапейрона в предположении, что масса газа остаётся постоянной.
3. При неизменном объёме плотность насыщенного пара растёт с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры.
Действительно, при увеличении температуры возрастает скорость испарения жидкости.
Динамическое равновесие в первый момент нарушается, и происходит дополнительное испарение некоторой части жидкости. Пара будет прибавляться до тех пор, пока динамическое равновесие вновь не восстановится.
Точно так же при понижении температуры скорость испарения жидкости становится меньше, и часть пара конденсируется до тех пор, пока не восстановится динамическое равновесие — но уже с меньшим количеством пара.
Таким образом, при изохорном нагревании или охлаждении насыщенного пара его масса меняется, поэтому закон Шарля в данном случае не работает. Зависимость давления насыщенного пара от температуры уже не будет линейной функцией.
4. Давление насыщенного пара растёт с температурой быстрее, чем по линейному закону.
В самом деле, с увеличением температуры возрастает плотность насыщенного пара, а согласно уравнению (1) давление пропорционально произведению плотности на температуру.
Зависимость давления насыщенного пара от температуры является экспоненциальной (рис. 2). Она представлена участком 1–2 графика. Эту зависимость нельзя вывести из законов идеального газа.
Рис. 2. Зависимость давления пара от температуры
В точке 2 вся жидкость испаряется; при дальнейшем повышении температуры пар становится ненасыщенным, и его давление растёт линейно по закону Шарля (участок 2–3).
Вспомним, что линейный рост давления идеального газа вызван увеличением интенсивности ударов молекул о стенки сосуда. В случае нагревания насыщенного пара молекулы начинают бить не только сильнее, но и чаще — ведь пара становится больше. Одновременным действием этих двух факторов и вызван экспоненциальный рост давления насыщенного пара.
Влажность воздуха
Воздух, содержащий водяной пар, называется влажным.Чем больше пара находится в воздухе, тем выше влажность воздуха.
Абсолютная влажность — это парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе (т. е. давление, которое водяной пар оказывал бы сам по себе, в отсутствие других газов). Иногда абсолютной влажностью называют также плотность водяного пара в воздухе.
Относительная влажность воздуха — это отношение парциального давления водяного пара в нём к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Как правило, это отношение выражают в процентах:
Из уравнения Менделеева-Клапейрона (1) следует, что отношение давлений пара равно отношению плотностей. Так как само уравнение (1), напомним, описывает насыщенный пар лишь приближённо, мы имеем приближённое соотношение:
Одним из приборов, измеряющих влажность воздуха, является психрометр. Он включает в себя два термометра, резервуар одного из которых завёрнут в мокрую ткань. Чем ниже влажность, тем интенсивнее идёт испарение воды из ткани, тем сильнее охлаждается резервуар «мокрого» термометра, и тем больше разность его показаний и показаний сухого термометра. По этой разности с помощью специальной психрометрической таблицы определяют влажность воздуха.
Насыщенный водяной пар, таблица — Справочник химика 21
Паровые таблицы составляются для состояния сухого насыщенного водяного пара и позволяют проводить необходимые расчеты и для влажного водяного пара. Для перегретого водяного пара составляются отдельные таблицы. [c.17]В некоторых справочниках и учебниках таблицы именуются Насыщенный водяной пар . [c.17]
Для примера 2. 1. По таблице для насыщенного водяного пара (по температурам) находим теплосодержание воды при температурах 20 и 45° С, соответственно 20 = 20,04 ккал/кг и = 45,00 ккал/кг. Следовательно, 1 кг воды при нагреве от 20 до 45° С получит тепла [c.18]
Решение. Давление в системе по манометру 4 ат соответствует абсолютному давлению 4-Ь1 = 5 к/ /сл. Из таблицы сухого насыщенного водяного пара (по давлениям) для Р = 5 кГ/сл температура насыщения н = 151,11° С теплосодержание сухого насыщенного пара 1″ = 65.6,30 ккал/кг, теплосодержание воды = 152,10 ккал/кг. [c.19]
Решение. Из таблицы насыщенного водяного пара (по температурам) определяем, что температуре 125° С соответствует давление [c.19]
По таблицам давлений насыщенного водяного пара [2] найдем, что при 20 °С pt = 2,35- Ю Па. Примем, что атмосферное давление равно = 10 Па, а диаметр всасывающего патрубка равен диаметру трубопровода. Тогда по формуле (1.36) найдем [c.16]
Энтальпия вторичного пара / принимается равной энтальпии насыщенного водяного пара при давлении в аппарате и находится по справочным таблицам. [c.483]Начальные параметры воздуха и фд принимаются по справочным метеорологическим данным, соответствующим данному географическому пункту. Затем по величине 1 , используя справочные таблицы свойств насыщенного водяного пара, по уравнению (Х.З) находят начальное влагосодержание воздуха Хд, поступающего в сушильную установку. Далее, выбрав наивысшую температуру сушки f, и учитывая, что х, = Х(,, по уравнению (Х.4) находят энтальпию Н, поступающего в сушилку воздуха. Затем по уравнению (Х.16) определяют величины х,, и 2, при этом одной из этих величин приходится задаваться. Обычно задаются величиной температуры уходящего воздуха 1 , используя данные о работе сушилок соответствующего назначения. При известной температуре 2 из уравнения (Х.Ш) определяют величину Хз. Если полученное влагосодержание Хз и соответствующая ему относительная влажность фз имеют желательные величины, то по уравнению (Х.Ю) определяют удельный 1 и затем полный I расходы воздуха и количество тепла, сообщаемое в калорифере [c.336]
Из таблиц для насыщенного водяного пара находим, что этому давлению соответствует [c.225]
Давление насыщенного водяного пара р определяют по термодинамическим таблицам [14, 17]. [c.264]
По давлению р с помощью таблиц насыщенного водяного пара находят температуру воды 1 , соответствующую данному давлению. Разность между температурой и температурой вторичного пара Т определяет гидростатическую депрессию [c.353]
Далее по таблицам насыщенного водяного пара определяют температуры вторичного пара в корпусах. [c.380]
Таблица . Давление насыщенного водяного пара в равновесии с водой при разных температурах, °С [c.302]
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ — отношение (выраженное в процентах) весового количества водяного пара в любом объеме газовой смеси (в частности, в воздухе) к весовому количеству насыщенного водяного пара, насыщающего такой же объем при той же температуре. О. в. характеризует степень насыщения водяным паром данной газовой смеси. Эту величину используют в различных технических расчетах. Она дает возможность, например, определить, при какой температуре в данной газовой смеси начнется конденсация водяного пара. Температура начала конденсации называется точкой росы. Зная эту точку, с помощью таблиц зависимости давления водяного пара от температуры определяют О. в. Для определения О. в. воздуха пользуются еще и психрометром. [c.184]Если газ (или пар какого-нибудь вещества) является влажным насыщен водяными парами), то в формулах (1.1) и (1.2) вместо р надо брать (р — /), где / — давление водяных паров, насыщающих пространство при данной температуре. Величина / берется из таблицы (см. приложение VI). [c.10]
Пользуясь номограммой и учитывая, что газ насыщен водяными парами, заполнить таблицу [c.12]
Р-760 + 0,3-3,6-30-726,1 мм рт. ст. Значение фактора по таблице (п, 1а) 0,864. Отсюда П = 500 0,864=432 мл. В таблице п. 1а рядом с графой температур дано соответствующее давление насыщенных водяных паров в мм рт. ст. [c.296]
Для влажного, насыщенного водяными парами газа необходимо внести поправку на величину давления водяных паров при температуре °С, которая берется из специальных таблиц. Приведенная выше формула в таком случае примет следующий вид [c.56]
В уравнении (2—197) упругость пара Р должна соответствовать температуре, по которой ее шачение находится в таблицах для насыщенного водяного пара. [c.400]
Принимается, что количество влаги, содержащееся в газе после очистки, равно весу насыщенного водяного пара при температуре газа. Эта величина находится по соответствующим таблицам. Температура газа после газоочистки обычно равна 65—85° С при расчетах значение этой температуры можно принять равным 70° С. [c.105]
По таблицам давлений насыщенного водяного пара 4] найдем, что при 40°С р/ = 7,38-10 Па. Примем атмосферное давление равным ра = 10= Па, а диаметр всасывающего патрубка равным диаметру трубопровода. Тогда по формуле (3.17) найдем [c.34]
Давление насыщенного водяного пара рн определяют по таблицам [4 2.2]. [c.281]
В случае рабочего давления, отличного от атмосферного, температуры кипения раствора 4 и чистого растворителя /р отличаются от стандартных в большую (при р > атм) и в меньшую (при р таблицам насыщенных паров для чистого растворителя (если растворитель — вода, то по таблицам для насыщенного водяного пара) или имеющимся расчетным соотношениям получают для воды /р > 100 °С при р > атм и /р рабочее давление мало отличается от атмосферного (например, на 0,01—0,03 МПа, величина такого отклонения определяется допускаемой погрешностью расчета), то можно приближенно принять, что рабочая депрессия близка к стандартной 5 5 тогда рабочая температура кипения [c.677]
Термодинамические свойства насыщенного водяного пара приведены в табл. IV- в двух вариантах — в зависимости от давления р и температуры и В таблице приведены значения [c.149]
Ф — относительная влажность воздуха (отношение парциального давления водяного пара в воздухе к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре, равное отношению соответствующих концентраций). Эта величина определяется по психрометру, состоящему из двух термометров — сухого и мокрого, и по прилагаемой к нему таблице [c.24]
Решение, а) Для насыщенного и перегретого водяного нара число компонентов п = 1. Для насыщенного водяного пара чцсло фаз Я = 2, так как состояние насыщения характеризуется наличием жидкости и пара. Тогда по правилу фаз для насыщенного водяного пара = 1-Ь2 — 2 = 1. Это значит, что вода или пар в состоянии равновесия вполне определяются одним из независимых переменных —давлением или температурой. Действительно, если мы обратимся к таблицам насыщенного водяного пара, то увидим, что, задавшись или температурой, или давлением, мы можем однозначно определить все свойства воды и пара. [c.135]
Значения теплоемкости воды, перегретого водяного пара, теплоты испарения, энтальпии перегретого и насыщенного пара даны в Приложениях 28 и 29. При пользовании таблицами для насыщенного водяного пара достатс пю знать температуру или давление, чтобы найти все его тепловые свойства, так как для насыщенного пара определенному давлению соответствует определенная температура. Для перегретого пара, температура которого выше температуры насыщения, требуется знать температуру перегрева и давление. [c.36]
Для построения линий (р = onst используется уравнение (Х.З). При относительной влажности ф задаются рядом температур, для которых определяют давление насыщенного водяного пара (по таблицам) и соответствующие влагосодержания. По полученным данным для соответствующих х и t строят линии ф = onst, которые на диаграмме представляют расходящийся пучок выпуклых кривых, проходящих через начало координат. [c.337]
Зная температуру кипения t, раствора при некотором произвольно взятом давлении р , находят (мо таблицам насыщенного водяного пара) давление пара чистого растворителя (воды) р, при той же температуре и рассчитывают консташу К, пользуясь зависимостью (1.Х,11). По тому же уравнению определяют для заданного давления р над раствором (в выпарном аппарате) давление пара p чистого растворителя и находят по таблицам соответствующую ему температуру которая и будет температурой кнпепия раствор. прн заданном давлении. Так как температура чистого расгворителя прн атом давлении известна, то температурная депрессия составляет [c.352]
По таблицам Вукаловича находим, что при t = 40 давление насыщенного водяного пара равно 0,0752 кгс/см (55,3 мм) по графику определяем ЯсзН,он 49,5 (расхождение составляет около 1,4%). [c.129]
Для средних условий можно принять температуру окружаюп1его воздуха равной 20° и степень его насыщения влагой (с =0,7 тогда по таблицам для насыщенного водяного пара [c.387]
Так, например, если 20%-ный раствор поваренной соли при атмосферном давлении кипит при температуре > =105°, то для разрежения 611 мм рт. ст. температуру кипения его определяют следую1 1им образом. Находят по таблицам насыщенного водяного пара, что температура кипения воды при давлении 760—611 = 149 мм рт. ст. равна 60°. Так как при атмосферном давлении раствор кипит, имея температуру иа 5 выше, чем чистая вода, то температура кипения его при давлении 149 мм рт. ст. будет равна 60°+5°=65°. [c.423]
Пример 12-1. Насыщенный водяной пар образует на вертикальной стенке Лленку конденсата. Требуется рассчитать коэффициент теплообмена на расстоянии 76,2 мм от верхнего края стенки. Давление пара 0,1 кг см соответствующая температура насыщения а=45,6°С. Температура стенки 10 = 40,6° С. Из таблиц для водяного пара находим г=572 ккал1кг плотность р=995 кг/м . Из таблиц приложения имеем [c.417]
Относительную эффективность реагента для осушения газов чаще всего устанавливают пропусканием над ним газа (воздуха), насыщенного водяными парами при определенной температуре и определенной скорости. Количество водяных паров (мг) в 1 л газа (воздуха) служит мерой эффективности. Насколько сильно эффективность осушителя зависит от условий опыта, показано в табл. 56, в которой сравниваются значения, приведенные в Международных критических таблицах (изд. 1928 г.) ([2], стр. 1523) и статье Боуэра [12] (1944 г.). [c.576]
Для построения кавитационных характеристик и = f (рр) при температуре 60 °С вычислим отношенне (рр — Рк)/(Рн — Рк) принимая в качестве абсолютного давления Рн> при котором возникает кавитация, давление насыщенных водяных паров р д- В соответствии с таблицей, приведенной в п. 10.1, Рн = = Рн. п = 0. 19 МПа (т = 60 С). [c.246]
По уравнению (IV. 48) можно определить относительный расход водяного пара на перегонку, однако при условии, что образующаяся в процессе паровая фаза находится в равновесии с жидкостью. Легко заметить из уравнения (IV. 48), что относительный расход водяного пара растет с увеличением давления рис уменьшением температуры процесса и молекулярного веса Ма отгоняемого вещества. Расход насыщенного водяного пара, определяемый по уравнению (IV.48), относится исключите льно к его количеству, необходимому для обеспечения суммарной упругости паров системы, отвечающей данной температуре. Если задано давление р, под которым должна вестись перегонка компонента а, то для нахождения температуры / процесса удобнее всего прибегнуть к простому графическому приему, показанному на фиг. 49. Нанеся кривую упругости перегоняемого вещества и построив при помощи таблиц свойств насыщенного водяного пара по точкам кривую р — р , можно найти температуру равновесия системы как абсциссу точки пересечения этих кривых. На фиг. 49 показан такой расчет для двух веществ — бензола и толуола — при условии, что внешнее давление равно 760 мм рт. ст. Линия / —р/ = 760 — р пересекает кривые упругости бензола и толуола в точках М и М, абсциссы которых = 69° и / = = 84,5° определяют температуры, при которых упругость насыщенных паров этих веществ будет равна 760 — р или, иначе говоря, в сумме с р станет равной внешнему давлению р=7б0 мм рт. ст. Следует обратить внимание на снижение температур кипения, вызванное присутствием насыщенного водяного пара. Так, для бензола температура кипения понижается на 1Г, а для толуола на 26°. Из фиг. 49 легко видеть, что верхним пределом температуры перегонки с насыщенным водяным паром будет точка кипения воды при данном давлении р. Теперь рассмотрим систему, состоящую из двух компонентов ДИШ, удовлетворяющих условию полной взаимной растворимости, но не растворимых с водой. В условиях равновесной перегонки с насыщенным водяным паром такая система будет обладать согласно правилу фаз уже двумя степенями [c.173]
Давление насыщенных водяных паров над поверхностью льда в зависимости от температуры (= насыщающая упругость = упругость насыщения) в гектопаскалях. 0/-40°C. Гектопаскаль = 102 Па = 100 Па.
| |||||||||||
Я15. Лабораторная работа № 5. Измерение влажности воздуха
Лабораторная работа № 5
Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА С ПОМОЩЬЮ ПСИХРОМЕТРА.»
Цель: освоить прием определения относительной влажности воздуха, основанный на использовании психрометра..
Оборудование: 1. Психрометр.
Теория.
В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды, которая испаряется с поверхности морей, рек, океанов и т.п.
Воздух, содержащий водяной пар, называют влажным.
Влажность воздуха оказывает огромное влияние на многие процессы на Земле :на развитие флоры и фауны, на урожай сельхоз. культур, на продуктивность животноводства и т.д. Влажность воздуха имеет большое значение для здоровья людей, т.к. от неё зависит теплообмен организма человека с окружающей средой. При низкой влажности происходит быстрое испарение с поверхности и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, что приводит к ухудшению состояния.
Значит, влажность воздуха надо уметь измерять. Для количественной оценки влажности воздуха используют понятия абсолютной и относительной влажности.
Абсолютная влажность – величина, показывающая, какая масса паров воды находится в 1 м³ воздуха (т.е. это плотность водяного пара). Она равна парциальному давлению пара при данной температуре.
Парциальное давление пара – это давление, которое оказывал бы водяной пар, находящийся в воздухе , если бы все остальные газы отсутствовали.
Относительная влажность воздуха – это величина, показывающая, как далек пар от насыщения. Это отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара p0 при той же температуре, выраженное в процентах:
Если воздух не содержит паров воды, то его абсолютная и относительная влажность равны 0. Предельное значение относительной влажности – 100%. Нормальной для человеческого организма считается влажность 60%.
Для измерения влажности воздуха используют приборы гигрометры и психрометры.
1. Конденсационный гигрометр. Состоит из укрепленной на подставке металлической круглой коробочки с отполированной плоской поверхностью. В коробочке сверху имеются два отверстия. Через одно из них в коробочку наливают эфир и вставляют термометр, а другое соединяют с резиновой грушей. Действие конденсационного гигрометра основано на определении точки росы.
Точка росы – это температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным.
Продувают воздух через эфир (с помощью резиновой груши), при этом эфир быстро испаряется и охлаждает коробочку. Слой водяного пара, находящийся вблизи поверхности коробочки, благодаря теплообмену тоже станет охлаждаться. При определенной температуре этот водяной пар начнет конденсироваться и на отполированной поверхности коробочки появляются капельки воды (роса). По термометру определяют эту температуру, это и будет точка росы. В таблице «Давление насыщенных паров и их плотность при различных температурах» по точке росы находят абсолютную влажность – соответствующую этой температуре плотность паров или их давление.
Давление насыщенных паров и их плотность при различных температурах
|
t, 0С |
р, Па |
ρ*10-3, кг/м3 |
t, 0С |
р, Па |
ρ*10-3, кг/м3 |
t, 0С |
р, Па |
ρ*10-3, кг/м3 |
|
— 5 |
401 |
3,24 |
6 |
933 |
7,30 |
17 |
1933 |
14,5 |
|
— 4 |
437 |
3,51 |
7 |
1000 |
7,80 |
18 |
2066 |
15,4 |
|
— 3 |
476 |
3,81 |
8 |
1066 |
8,30 |
19 |
2199 |
16,3 |
|
— 2 |
517 |
4,13 |
9 |
1146 |
8,80 |
20 |
2333 |
17,3 |
|
— 1 |
563 |
4,47 |
10 |
1226 |
9,40 |
21 |
2493 |
18,8 |
|
0 |
613 |
4,80 |
11 |
1306 |
10,0 |
22 |
2639 |
19,4 |
|
1 |
653 |
5,20 |
12 |
1399 |
10,7 |
23 |
2813 |
20,6 |
|
2 |
706 |
5,60 |
13 |
1492 |
11,4 |
24 |
2986 |
21,8 |
|
3 |
760 |
6,00 |
14 |
1599 |
12,1 |
25 |
3173 |
23,0 |
|
4 |
813 |
6,40 |
15 |
1706 |
12,8 |
26 |
3359 |
24,4 |
|
5 |
880 |
6,80 |
16 |
1813 |
13,6 |
27 |
3559 |
25,8 |
Чтобы найти относительную влажность, надо давление насыщенного пара при температуре точки росы разделить на давление насыщенного пара при температуре окружающего воздуха и умножить на 100%.
2. Волосной гигрометр. Его работа основана на том, что обезжиренный человеческий волос при увеличении влажности воздуха удлиняется, а при уменьшении влажности укорачивается. Волос оборачивают вокруг легкого блока, прикрепив один конец к раме, а к другому подвешивают груз. При изменении длины волоса указатель (стрелка), прикрепленный к блоку, будет двигаться, перемещаясь по шкале. Шкалу градуируют по эталонному прибору.
3. Психрометр. (от греч «психриа» — холод). Состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из них обернут марлей, опущенной в сосуд с водой. Вода смачивает марлю на резервуаре термометра и при её испарении он охлаждается. По разности температур сухого и влажного термометров по психрометрической таблице определяют влажность воздуха.
Ход работы.
Задание 1. Измерить влажность воздуха с помощью психрометра.
- Подготовить таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
|
№ опыта |
tсухого, 0С |
tвлажного, 0С |
Δt, 0С |
φ, % |
|
1 |
|
|
|
|
- Рассмотреть устройство психрометра.
- По показаниям сухого термометра измерить температуру воздуха tсухого в помещении.
- Записать показания термометра, резервуар которого обмотан марлей tвлажного
- Вычислить разность показаний термометров Δt = tсухого — tвлажного
- По психрометрической таблице определить влажность воздуха φ
- Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
- Сделайте вывод о том, нормальная ли влажность воздуха в помещении.
- Ответьте на контрольные вопросы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
- Почему при продувании воздуха через эфир, на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса?
- Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?
- Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?
- При каком условии разности показаний термометров наибольшая?
- Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?
- Сухой и влажный термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?
- Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?
Психрометрическая таблица.
|
tсухого, 0С |
Разность показаний сухого и влажного термометров |
|||||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
5 |
100 |
86 |
72 |
58 |
45 |
32 |
19 |
6 |
|
|
|
|
|
6 |
100 |
86 |
73 |
60 |
47 |
35 |
23 |
10 |
|
|
|
|
|
7 |
100 |
87 |
74 |
61 |
49 |
37 |
26 |
14 |
|
|
|
|
|
8 |
100 |
87 |
75 |
63 |
51 |
40 |
28 |
18 |
|
|
|
|
|
9 |
100 |
88 |
76 |
64 |
53 |
42 |
31 |
21 |
|
|
|
|
|
10 |
100 |
88 |
76 |
65 |
54 |
44 |
34 |
24 |
14 |
4 |
|
|
|
11 |
100 |
88 |
77 |
66 |
56 |
46 |
36 |
26 |
17 |
8 |
|
|
|
12 |
100 |
89 |
78 |
68 |
57 |
48 |
38 |
29 |
20 |
11 |
|
|
|
13 |
100 |
89 |
79 |
69 |
59 |
49 |
40 |
31 |
23 |
14 |
6 |
|
|
14 |
100 |
90 |
79 |
70 |
60 |
51 |
42 |
33 |
25 |
17 |
9 |
|
|
15 |
100 |
90 |
80 |
71 |
61 |
52 |
44 |
36 |
27 |
20 |
12 |
5 |
|
16 |
100 |
90 |
81 |
71 |
62 |
54 |
45 |
37 |
30 |
22 |
15 |
8 |
|
17 |
100 |
90 |
81 |
72 |
64 |
55 |
47 |
39 |
32 |
24 |
17 |
10 |
|
18 |
100 |
91 |
82 |
73 |
64 |
56 |
48 |
41 |
34 |
26 |
20 |
13 |
|
19 |
100 |
91 |
82 |
74 |
65 |
58 |
50 |
43 |
35 |
29 |
22 |
15 |
|
20 |
100 |
91 |
83 |
74 |
66 |
59 |
51 |
44 |
37 |
30 |
24 |
18 |
|
21 |
100 |
91 |
83 |
75 |
67 |
60 |
52 |
46 |
39 |
32 |
26 |
20 |
|
22 |
100 |
92 |
83 |
76 |
68 |
61 |
54 |
47 |
40 |
34 |
28 |
22 |
|
23 |
100 |
92 |
84 |
76 |
69 |
61 |
55 |
48 |
42 |
36 |
30 |
24 |
|
24 |
100 |
92 |
84 |
77 |
69 |
62 |
56 |
49 |
43 |
37 |
31 |
26 |
|
25 |
100 |
92 |
84 |
77 |
70 |
63 |
57 |
50 |
44 |
38 |
33 |
27 |
|
26 |
100 |
92 |
85 |
78 |
71 |
64 |
58 |
51 |
45 |
40 |
34 |
29 |
|
27 |
100 |
92 |
85 |
78 |
71 |
65 |
59 |
52 |
47 |
41 |
36 |
30 |
|
28 |
100 |
93 |
85 |
78 |
72 |
65 |
59 |
53 |
48 |
42 |
37 |
32 |
Вариант выполнения работы.
Показания сухого термометра 24 0С.
Показания влажного термометра 21 0С.
Вода — давление насыщения
Вода имеет свойство испаряться или испаряться, выбрасывая молекулы в пространство над своей поверхностью. Если пространство ограничено, парциальное давление, оказываемое молекулами, увеличивается до тех пор, пока скорость, с которой молекулы повторно входят в жидкость, не сравняется со скоростью, с которой они уходят. Давление водяного пара — это давление, при котором водяной пар находится в термодинамическом равновесии со своим конденсированным состоянием . При более высоком давлении вода будет конденсироваться.В этом состоянии равновесия давление пара составляет , давление насыщения .
Онлайн-калькулятор давления насыщения водой
Калькулятор, представленный ниже, можно использовать для расчета давления насыщения водой при заданных температурах.
Выходное давление выражается в кПа, барах, атм, фунтах на кв. Дюйм (фунт / дюйм 2 ) и фунтах на фут (фунт / фут 2 ).
Температура должна быть в пределах 0-370 ° C, 32-700 ° F, 273-645 K и 492-1160 ° R
Давление насыщения воды зависит от температуры, как показано ниже:
См. Вода и тяжелая Вода для термодинамических свойств при стандартных условиях.
См. Также другие свойства Вода при изменяющейся температуре и давлении : Точки кипения при высоком давлении, Точки кипения при вакуумном давлении, Плотность и удельный вес, Динамическая и кинематическая вязкость, Энтальпия и энтропия, Теплота испарения, Константа ионизации , pK w , нормальной и тяжелой воды, температуры плавления при высоком давлении, число Прандтля, свойства в условиях равновесия газ-жидкость, удельный вес, удельная теплоемкость (теплоемкость), удельный объем, теплопроводность, температуропроводность и давление пара при газожидкостном равновесии.
Давление насыщения при температурах, указанных в градусах Цельсия, и
Давление, указанное в килопаскалей [кПа], барах, атмосферах [атм] и фунтах на квадратный дюйм [psi]:
| Температура | Давление насыщения водой | |||||
| [° C] | [кПа], [100 * бар] | [атм] | [psi] | |||
| 0.01 | 0,61165 | 0,0060 | 0,088712 | |||
| 2 | 0,70599 | 0,0070 | 0,10240 | |||
| 4 | 0,81355 | 0,0080 | 0,11800 | |||
| 10 | 0,1200 | 0,17814 | ||||
| 14 | 1,5990 | 0,0158 | 0,23192 | |||
| 18 | 2,0647 | 0.0204 | 0,29946 | |||
| 20 | 2,3393 | 0,0231 | 0,33929 | |||
| 25 | 3,1699 | 0,0313 | 0,45976 | |||
| 30 | 4,2470 | 0,041998 | 34 | 5,3251 | 0,0526 | 0,77234 |
| 40 | 7,3849 | 0,0729 | 1,0711 | |||
| 44 | 9.1124 | 0,0899 | 1,3216 | |||
| 50 | 12,352 | 0,122 | 1,7915 | |||
| 54 | 15,022 | 0,148 | 2,1788 | |||
| 60 | 19,946 | 0,127 | ||||
| 70 | 31,201 | 0,308 | 4,5253 | |||
| 80 | 47,414 | 0,468 | 6.8768 | |||
| 90 | 70,182 | 0,693 | 10,179 | |||
| 96 | 87,771 | 0,866 | 12,730 | |||
| 100 | 101,42 | 0707 | ||||
| 110 | 143,38 | 1,42 | 20,796 | |||
| 120 | 198,67 | 1.96 | 28,815 | |||
| 130 | 270,28 | 2,67 | 39,201 | |||
| 140 | 361,54 | 3,57 | 52,437 | |||
| 150 | 476,16 | 4,70 | 69,0 160 | 618,23 | 6,10 | 89,667 |
| 180 | 1002,8 | 9,90 | 145,44 | |||
| 200 | 1554.9 | 15,35 | 225,52 | |||
| 220 | 2319,6 | 22,89 | 336,43 | |||
| 240 | 3346,9 | 33,03 | 485,43 | |||
| 260 | 4692,31 | 6994 4692,347 | ||||
| 280 | 6416,6 | 63,33 | 930,65 | |||
| 300 | 8587,9 | 84,76 | 1245.6 | |||
| 320 | 11284 | 111,4 | 1636,6 | |||
| 340 | 14601 | 144,1 | 2117,7 | |||
| 360 | 18666 | 184,2 | 2707,3 | 21044 | 207,7 | 3052,2 |
Давление насыщения при температурах, указанных в градусах Фаренгейта, и давлении
, выраженном в фунтах на квадратный дюйм [psi], фунтах на квадратный фут [psf], килопаскалей [кПа] и барах:
| Температура | Давление водонасыщения | ||||||
| [° F] | [psi] | [psf] | [кПа], [100] * бар] | ||||
| 32.02 | 0,088712 | 12,775 | 0,612 | ||||
| 34 | 0,09624 | 13,858 | 0,664 | ||||
| 39,2 | 0,11800 | 16,991 | 0,814 | ||||
| 40 | 1721 0,127 | 0,839 | |||||
| 50 | 0,17814 | 25,651 | 1,228 | ||||
| 60 | 0,25633 | 36.912 | 1,767 | ||||
| 70 | 0,36341 | 52,330 | 2,506 | ||||
| 80 | 0,50759 | 73,092 | 3,500 | ||||
| 90 | 0,69915 | 100,7 | 4,8 100 | 0,95055 | 136,9 | 6,554 | |
| 110 | 1,2766 | 183,8 | 8,802 | ||||
| 120 | 1.6949 | 244,1 | 11,686 | ||||
| 130 | 2,2258 | 320,5 | 15,347 | ||||
| 140 | 2,8929 | 416,6 | 19,946 | ||||
| 150 | 3,7232 | 53 | 150 | 3,7232 | |||
| 160 | 4,7474 | 683,6 | 32,732 | ||||
| 170 | 5,9999 | 864,0 | 41.368 | ||||
| 180 | 7,5196 | 1083 | 51,846 | ||||
| 190 | 9,3495 | 1346 | 64,462 | ||||
| 200 | 11,537 | 1661 | 79,547 | 14,710 | 2118 | 101,42 | |
| 220 | 17,203 | 2477 | 118.6 | ||||
| 240 | 25,001 | 3600 | 172,4 | ||||
| 260 | 35,263 | 5078 | 243,1 | ||||
| 280 | 49,286 | 7097 | 339,8 | 67,264 | 9686 | 463,8 | |
| 350 | 134,73 | 19402 | 929,0 | ||||
| 400 | 247.01 | 35570 | 1703,1 | ||||
| 450 | 422,32 | 60814 | 2911,8 | ||||
| 500 | 680,56 | 98001 | 4692,3 | ||||
| 550 | 10457205 | ||||||
| 600 | 1542,1 | 222066 | 10632,6 | ||||
| 625 | 1851,2 | 266570 | 12763 | ||||
| 650 | 2207.8 | 317922 | 15222 | ||||
| 675 | 2618,7 | 377092 | 18055 | ||||
| 700 | 3092,0 | 445243 | 21318 | ||||
См. Также 9 Air Psychrodens
Давление насыщенного пара некоторых других жидкостей при 68
o F или 20 o C| Жидкость | Давление насыщенного пара | |
|---|---|---|
| [psi] | [Па] | |
| Углерод тетрахлорид CCl 4 | 1.9 | 13100 |
| Бензин | 8,0 | 55200 |
| Меркурий | 0,000025 | 0,17 |
- 1 Па = 10 -6 Н / мм 2 = 10 — 5 бар = 0,1020 кгс / м 2 = 1,02×10 -4 м H 2 O = 9,869×10 -6 атм = 1,45×10 -4 фунтов на кв. Дюйм (фунт на / дюйм 2 )
Водяной пар и давление насыщения во влажном воздухе
Водяной пар почти всегда присутствует в окружающем воздухе.
Примечание! — приведенные ниже уравнения относятся к чистому водяному пару, а не влажному воздуху.
Давление насыщения водяного пара
Максимальное давление насыщения водяного пара во влажном воздухе зависит от температуры паровоздушной смеси и может быть выражено как:
p ws = e (77,3450 + 0,0057 T — 7235 / T) / T 8,2 (1)
где
p ws = давление насыщения водяным паром (Па)
e = константа 2.718 …….
T = температура влажного воздуха по сухому термометру (K)
Плотность водяного пара
Плотность водяного пара может быть выражена как:
ρ w = 0,0022 p w / T (2)
где
p w = парциальное давление водяного пара (Па, Н / м 2 )
ρ w = плотность водяного пара (кг / м 3 )
T = абсолютная температура по сухому термометру (K)
Давление насыщения и плотность водяного пара для обычных температур
| Температура | Давление насыщения | Плотность | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ( o C) | ( o F) | (Па) | (мм рт. Ст.) | (psia) | (дюймы рт. ) | ||
| 0 | 32 | 603 | 4.6 | 0,09 | 0,18 | 0,005 | 0,30 |
| 10 | 50 | 1212 | 9,2 | 0,18 | 0,36 | 0,009 | 0,59 |
| 20 | 68 | 2310 | 17,4 | 0,33 | 0,68 | 0,017 | 1,08 |
| 30 | 86 | 4195 | 31,7 | 0.61 | 1,24 | 0,030 | 1,90 |
| 40 | 104 | 7297 | 55,1 | 1,06 | 2,15 | 0,051 | 3,20 |
| 50 | 122 | 12210 | 92,2 | 1,8 | 3,60 | 0,083 | 5,19 |
| 60 | 140 | 19724 | 149 | 2,9 | 5.82 | 0,13 | 8,13 |
| 70 | 158 | 30866 | 233 | 4,5 | 9,11 | 0,20 | 12,3 |
| 80 | 176 | 46925 | 354 | 6 | 13,8 | 0,29 | 18,2 |
| 90 | 194 | 69485 | 525 | 10,1 | 20,5 | 0.42 | 26,3 |
| 100 | 212 | 100446 | 758 | 14,6 | 29,6 | 0,59 | 36,9 |
| 120 | 248 | 196849 | 1486 | 28,647 | 1,10 | 68,7 | |
| 140 | 284 | 358137 | 2704 | 51,9 | 105,7 | 1,91 | 119 |
| 160 | 320 | 611728 | 4619 | 7 | 180,5 | 3,11 | 194 |
| 180 | 356 | 9 | 7475 | 144 | 292,1 | 4,80 | 300 |
| 200 | 392 | 1529627 | 222 | 451,2 | 7,11 | 444 | |
- 1 фунт / фут 3 = 16.018 кг / м 3
- 1 кг / м 3 = 0,0624 фунта / фут 3
Пример — Давление насыщения водяного пара
Давление насыщения водяного пара во влажном воздухе по сухому термометру температура 25 o C можно вычислить:
Во-первых, преобразование из ° C в K:
( 25 ° C) + 273 = 298 (K)
Затем уравнение. (1) используется:
p ws = e (77.3 / кг)
энергия (кДж / кг) энтальпия (кДж / кг) энтропия (кДж / кг.К) МПа ° С vf vg uf уг hf hfg hg SF sfg SG 0.001
6,97
0,00100
129,18
29,3
2384,5
29,3
2484,4
2513,7
0,1059
8,8690
8.9749
0,0012
9,65
0,00100
108,67
40,6
2388,2
40,6
2478,0
2518,6
0,1460
8.7622
8,9082
0,0014
11,97
0,00100
93,90
50,3
2391,3
50,3
2472,5
2522,8
0.1802
8,6720
8,8522
0,0016
14.01
0,00100
82,74
58,8
2394,1
58,8
2467,7
2526.5
0,2100
8,5935
8.8035
0,0018
15,84
0,00100
74.01
66,5
2396,6
66,5
2463.4
2529,9
0,2366
8,5242
8.7608
0,002
17,50
0,00100
66,99
73,4
2398,9
73.4
2459,5
2532,9
0,2606
8,4620
8.7226
0,003
24,08
0,00100
45,65
101,0
2407.9
101,0
2443,8
2544,8
0,3543
8,2221
8,5764
0,004
28,96
0,00100
34,79
121.4
2414,5
121,4
2432,3
2553,7
0,4224
8,0510
8,4734
0,006
36,16
0,00101
23.73
151,5
2424,2
151,5
2415,1
2566,6
0,5208
7.8082
8.3290
0,008
41,51
0.00101
18,10
173,8
2431,4
173,8
2402,4
2576,2
0,5925
7,6348
8,2273
0,01
45.81
0,00101
14,67
191,8
2437,2
191,8
2392,1
2583,9
0,6492
7,4996
8,1488
0.012
49,42
0,00101
12,36
206,9
2442,0
206,9
2383,4
2590,3
0,6963
7,3886
8.0849
0,014
52,55
0,00101
10,69
220,0
2446,1
220,0
2375,8
2595,8
0,7366
7.2945
8.0311
0,016
55,31
0,00102
9,431
231,6
2449,8
231,6
2369,0
2600,6
0.7720
7,2126
7.9846
0,018
57,80
0,00102
8,443
242,0
2453,0
242,0
2363,0
2605.0
0.8036
7.1401
7.9437
0,02
60,06
0,00102
7,648
251,4
2456,0
251,4
2357.5
2608,9
0,8320
7.0752
7,9072
0,03
69,10
0,00102
5,228
289,2
2467,7
289.3
2335,2
2624,5
0,9441
6,8234
7,7675
0,04
75,86
0,00103
3.993
317,6
2476.3
317,6
2318,5
2636,1
1.0261
6,6429
7,6690
0,06
85,93
0,00103
2,732
360.0
2489,0
359,9
2293,0
2652,9
1,1454
6.3857
7,5311
0,08
93,49
0,00104
2.087
391,6
2498,2
391,7
2273,5
2665,2
1,2330
6.2009
7,4339
0,1
99,61
0.00104
1.694
417,4
2505,6
417,5
2257,4
2674,9
1,3028
6,0560
7,3588
0,12
104.78
0,00105
1,428
439,2
2511,7
439,4
2243,7
2683,1
1,3609
5.9368
7,2977
0.14
109,29
0,00105
1,2366
458,3
2516,9
458,4
2231,6
2690,0
1.4110
5,8351
7.2461
0,16
113,30
0,00105
1.0914
475,2
2521,4
475,4
2220,6
2696,0
1.4551
5.7463
7.2014
0,18
116,91
0,00106
0,9775
490,5
2525,5
490,7
2210,7
2701,4
1.4945
5.6676
7,1621
0,2
120,21
0,00106
0,8857
504,5
2529,1
504,7
2201,5
2706.2
1,5302
5,5967
7,1269
0,3
133,52
0,00107
0.6058
561,1
2543,2
561,4
2163.5
2724,9
1,6717
5,3199
6,9916
0,4
143,61
0,00108
0,4624
604,2
2553.1
604.7
2133,4
2738,1
1.7765
5,1190
6,8955
0,6
158,83
0,00110
0,3156
669,7
2566.8
670,4
2085,7
2756,1
1,9308
4,8284
6,7592
0,8
170,41
0,00112
0,2403
720.0
2576,0
720,9
2047,4
2768,3
2,0457
4.6159
6,6616
1
179,88
0,00113
0.1944
761,4
2582,7
762,5
2014,6
2777,1
2,1381
4,4469
6.5850
Источник данных: NIST Chemistry WebBook — по состоянию на январь 2008 г.
Данные о насыщении водяным паром (Tsat, Pg) и психрометрическая диаграмма (обновлено 5 февраля 2008 г.)
Данные о насыщении водяным паром (Tsat, Pg) и психрометрическая диаграмма (обновлено 05.02.2008)Данные о насыщении водяным паром (Tsat, Pg) и Психрометрическая диаграмма
Требуются следующие данные о насыщении водяным паром чтобы построить кривую насыщения (относительная влажность = 100%) психрометрического График .
Темп.
Давление
Темп.
Давление
Цат (° C)
Пг (кПа)
Цат (° C)
Пг (кПа)
0.01
0,6117
25
3,1699
1
0,6571
26
3,3639
2
0.7060
27
3,5681
3
0,7581
28
3,7831
4
0.8136
29
4.0092
5
0,8726
30
4,2470
6
0.9354
31
4,4969
7
1,0021
32
4,7596
8
1.0730
33
5,0354
9
1,1483
34
5,3251
10
1.2282
35
5,6290
11
1,3130
36
5.9479
12
1.4028
37
6.2823
13
1.4981
38
6,6328
14
1.5990
39
7.0002
15
1.7058
40
7,3849
16
1.8188
41
7,7878
17
1,9384
42
8.2096
18
2.0647
43
8.6508
19
2,1983
44
9.1124
20
2.3393
45
9,5950
21
2.4882
46
10,099
22
2.6453
47
10,627
23
2,8111
48
11,177
24
2.9858
49
11,752
25
3,1699
50
12,352
где P — стандартное атмосферное давление 101,325 [кПа].Кривая насыщенности (100% относительная влажность), также известная как кривая точки росы, отображается как красный линия. Обратите внимание, что на кривой насыщенности влажные и температуры сухого термометра имеют те же значения.Для получения дополнительной информации см. Главу . 10b на психрометрической таблице____________________________________________________________
Источник данных (Цат, Пг): NIST Chemistry WebBook — по состоянию на февраль 2008 г.Основное упрощающее допущение в конструкции диаграммы состоит в том, что энтальпия смеси принята равной постоянна на протяжении всего процесса адиабатического насыщения (описанного в Глава 10а ).Это означает, что испаряющийся добавленная жидкость не оказывает значительного влияния на энтальпию смесь воздуха и пара, обеспечивающая постоянный наклон температуры по влажному термометру / Линии энтальпии, определенные как:
Примечание что это упрощенное линейное уравнение приводит к ошибке менее 1% в диапазоне температур от 0,01 ° C до 50 ° C.Наконец, кривые удельного объема, которые завершают диаграммы предоставлены:
См. Полный MATLAB программа для построения психрометрической карты с использованием эти уравнения.
______________________________________________________________________________________
Инженерная термодинамика, Израиль Уриэли под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Соединенные Штаты Лицензия4.0: Давление пара при насыщении
Общее атмосферное давление — это сумма парциальных давлений всех составляющих. Для водяного пара парциальное давление называется давлением пара , e.Давление пара измеряется в кПа.
Газы в воздухе могут смешиваться в любых пропорциях. Однако для водяного пара существует критическая концентрация водяного пара, известная как влажность насыщения . Выше этого критического значения водяной пар конденсируется быстрее, чем испаряется, тем самым снижая концентрацию водяного пара до критического значения. При этом критическом значении считается, что воздух насыщен , а пар находится в равновесии с жидкой водой.Пусть e s представляет давление насыщенного пара в равновесии над чистой водой, имеющей плоскую поверхность.
Часто бывает, что воздух имеет значение ниже критического и считается ненасыщенным . В этом случае e
s . Хотя любая часть водяного пара может удерживаться в воздухе, давление пара редко превышает значение насыщения более чем на 1%. Воздух с e> e s считается перенасыщенным. Перенасыщенный воздух может возникать как переходное состояние, когда избыточный водяной пар конденсируется на доступных поверхностях, например на частицах пыли, называемых ядрами конденсации облаков. Однако фотографии воздушного потока над крыльями самолета при дозвуковом и сверхзвуковом полете во влажном воздухе показывают, что конденсация с образованием облачных капель происходит почти мгновенно.
В состоянии равновесия (т.е. при насыщении) существует баланс между скоростью испарения жидкости и скоростью конденсации пара.Температура жидкости-воды контролирует скорость испарения, а влажность (концентрация водяного пара в воздухе) контролирует скорость конденсации.
Рисунок 4.1. Давление насыщенного чистой водой пара над плоской водной поверхностью.Более высокие температуры жидкости вызывают большую скорость испарения, что позволяет влажности воздуха увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнут новый баланс. Обратное верно для более низких температур. Для ситуации, когда температуры воздуха и жидкой воды равны, мы заключаем, что более холодный воздух имеет меньшую способность удерживать водяной пар, чем более теплый воздух.
Эта взаимосвязь между давлением насыщенного пара и температурой аппроксимируется уравнением Клаузиуса-Клапейрона :
\ (\ \ begin {align} e_ {s} \ приблизительно e_ {o} \ cdot \ exp \ left [\ frac {L} {\ Re_ {v}} \ cdot \ left (\ frac {1} {T_ {o}} — \ frac {1} {T} \ right) \ right] \ tag {4.1a} \ end {align} \)
, где газовая постоянная водяного пара составляет ℜ v = 461 Дж · K -1 · кг -1 , T o = 273,15 K, e o = 0,6113 кПа, а L — скрытый -параметр нагрева.Температуры в этом уравнении должны иметь единицы Кельвина.
Это уравнение работает для насыщения как жидкой воды, так и твердой воды (льда), если эти поверхности плоские. Для жидкой воды скрытая теплота парообразования L = L v = 2,5×10 6 Дж · кг –1 , что дает L v / ℜ v = 5423 К. Для льда скрытая теплота осаждения L = L d = 2,83×10 6 Дж · кг –1 и L d / ℜ v = 6139 K.
Кривая экспоненциальной формы, описываемая уравнением. График (4.1a) показан на рисунке 4.1 с соответствующими значениями данных, указанными в таблице 4-1. Одна интерпретация этой кривой заключается в том, что при охлаждении ненасыщенного влажного воздуха достигается температура, при которой воздух становится насыщенным. Дальнейшее охлаждение заставляет некоторое количество водяного пара конденсироваться в жидкость, создавая облака и дождь и выделяя скрытое тепло. Следовательно, уравнение Клаузиуса-Клапейрона важно для понимания штормов.
Образец заявления
Какое значение e s имеет воздух с температурой 30 ° C?
Найди ответ
Дано: T = 30 ° C = 303.15 К
Найдите: e s =? кПа для более жид. вода. Применить эк. (4.1а).
\ (\ begin {align} e_ {s} & = (0,6113 \ mathrm {kPa}) \ cdot \ exp \ left [(5423 \ mathrm {K}) \ cdot \ left (\ frac {1} {273.15 \ mathrm {K}} — \ frac {1} {303.15 \ mathrm {K}} \ right) \ right] \\ & = (0,6113 \ mathrm {кПа}) \ cdot \ exp (1,96473) = 4,36 \ mathrm {кПа } \ end {align} \)
Проверить: Физика разумна и соответствует таблице 4-1.
Экспозиция: При насыщении для этой T парциальное давление водяного пара составляет всего 4.3% от общего давления P≈101,3 кПа.
В атмосфере жидкая вода может оставаться незамерзшей при температурах до –40 ° C. Такая незамерзшая холодная вода называется переохлажденной . Разница между значениями насыщения водяного пара над переохлажденной жидкой водой и льдом показана на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2. Давление насыщенного пара льда и жидкости. (wrt = относительно).Уравнение Клаузиуса-Клапейрона также описывает взаимосвязь между фактическим (ненасыщенным) давлением водяного пара e и температурой точки росы (T d , будет определено позже):
\ (\ \ begin {align} e = e_ {o} \ cdot \ exp \ left [\ frac {L} {\ Re_ {v}} \ cdot \ left (\ frac {1} {T_ {o}} — \ frac {1} {T_ {d}} \ right) \ right] \ tag {4.1b} \ end {align} \)
, где T o = 273,15 K и e o = 0,6113 кПа, как и раньше. Используйте L / v = L v / ℜ v = 5423 K для жидкой воды и используйте L d / ℜ v = 6139 K для льда.
Параметр скрытой теплоты L незначительно изменяется в зависимости от температуры. Принимая это во внимание, было предложено другое приближение, известное как формула Тетенса, для давления насыщенного пара es как функции температуры (Т в Кельвинах):
\ (\ \ begin {align} e_ {s} = e_ {o} \ cdot \ exp \ left [\ frac {b \ cdot \ left (T-T_ {1} \ right)} {T-T_ {2 }} \ right] \ tag {4.2} \ end {align} \)
, где b = 17,2694, e o = 0,6113 кПа, T 1 = 273,15 K, а T 2 = 35,86 K.
Образец заявления
Чем значения давления пара из формулы Тетенса отличаются от значений давления пара из уравнения Клаузиуса-Клапейрона в зависимости от температуры?
Найди ответ
Используйте электронную таблицу для решения уравнений. (4.1а) и (4.2).
Проверка: Физика и единицы измерения приемлемы.
Экспозиция: Разница между обеими формулами очень мала — часто меньше других погрешностей при измерениях температуры или влажности. {- 1} \)
, где ρ L — плотность жидкости-воды, а ρv — плотность водяного пара (т.е.е., , абсолютная влажность ). Плотность жидкой воды настолько превышает плотность водяного пара, что приведенное выше уравнение можно аппроксимировать следующим образом:
\ (\ frac {d e_ {s}} {d T} \ cong \ frac {L_ {v}} {T} \ rho_ {v} \)
Связь между давлением насыщенного пара и абсолютной влажностью определяется законом идеального газа для водяного пара:
\ (e_ {S} = \ rho_ {v} \ cdot \ Re_ {v} \ cdot T \)
, где газовая постоянная водяного пара равна ℜv = 4,615×10 –4 кПа K –1 (г м –3 ) –1 .{2}} \)
После интеграции вы получите:
\ (\ ln \ left (\ frac {e_ {S}} {e_ {o}} \ right) \ cong- \ frac {L_ {v}} {\ Re_ {v}} \ left [\ frac {1 } {T} — \ frac {1} {T_ {o}} \ right] \)
Чтобы получить ур. (4.1a) возьмем экспоненту (т.е. антилогарифм) обеих частей, а затем алгебраически перегруппируем, чтобы получить:
\ (\ \ begin {align} e_ {s} = e_ {o} \ cdot \ exp \ left [\ frac {L} {\ Re_ {v}} \ cdot \ left (\ frac {1} {T_ { o}} — \ frac {1} {T} \ right) \ right] \ tag {4.1} \ end {align} \)
Подробности приведены в книге «Атмосферная термодинамика» К.Борен и Б. Альбрехт (1998, Oxford Univ. Press, 402 стр.).
ИНФОРМАЦИЯ • Точка кипения
Жидкости закипают, когда давление насыщенного пара e s равно атмосферному давлению P:
\ (P = e_ {s} \)
Изменение температуры кипения с высотой
Мы знаем es как функцию температуры T из уравнения Клаузиуса-Клапейона, поэтому подставьте это в правую часть уравнения выше. Мы также знаем, что окружающее атмосферное давление P экспоненциально уменьшается с увеличением высоты z, как было указано в главе 1, поэтому мы можем включить это в левую часть.Это дает
\ (P_ {o} \ cdot \ exp \ left [- \ frac {z} {H_ {p}} \ right] = e_ {o} \ cdot \ exp \ left [\ frac {L_ {v}} { \ Re_ {v}} \ cdot \ left (\ frac {1} {T_ {o}} — \ frac {1} {T} \ right) \ right] \)
, где P o = 101,325 кПа, H p ≈ 7,29 км, e o = 0,6113 кПа, L v / ℜ v = 5423 K, а T o = 273,15 K.
Затем разделите левую и правую части уравнения на P o . С правой стороны обратите внимание, что e o / P o = exp [ln (e o / P o )].Таким образом:
\ (\ exp \ left [- \ frac {z} {H_ {p}} \ right] = \ exp \ left [\ ln \ left (\ frac {e_ {o}} {P_ {o}} \ right ) + \ frac {L_ {v}} {\ Re_ {v}} \ left (\ frac {1} {T_ {o}} \ right) — \ frac {L_ {v}} {\ Re_ {v}} \ frac {1} {T} \ right] \)
Создайте новую константу, называемую (безразмерной), которая представляет собой сумму первых двух членов в квадратных скобках, потому что эти два члена являются постоянными. Затем возьмите перемычку правой и левой сторон, чтобы получить:
\ (\ frac {z} {H_ {p}} = \ frac {L_ {v}} {\ Re_ {v}} \ frac {1} {T} -a \)
Решите это уравнение для T, которое мы можем переопределить как точку кипения T кипение :
\ (T _ {\ text {boiling}} = \ frac {L_ {v} / \ Re_ {v}} {a + z / H_ {p}} \)
Зная, что на уровне моря (z = 0) температура кипения составляет 100 ° C (т.е.е., T кипения = 373,15 K) можно найти безразмерную константу, получив: a = 14,53.
Экспозиция:
Если вы решите это уравнение для различных высот, вы обнаружите, что точка кипения снижается на 3,4 ° C. Км –1 . Таким образом, T кипения = 366,35 K = 93,2 ° C на высоте 2 км
Чтобы смягчить овощи до желаемой нежности или приготовить мясо до желаемой степени готовности, продукты должны быть приготовлены при определенной температуре в течение определенного времени.Немного более низкие температуры приготовления должны компенсироваться чуть более длительным временем приготовления. Таким образом, вам нужно дольше готовить вареные продукты на больших высотах, потому что кипение происходит при более низкой температуре.
Таблица 4-1. Значения переменных влажности при насыщении (индекс s) над плоской поверхностью жидкость-вода для различных температур воздуха T. Те же значения также связывают температуру точки росы Td с фактической влажностью. Обозначения: e = давление пара, r = коэффициент смешивания, q = удельная влажность, ρv = абсолютная влажность.Обратите внимание, что r и q зависят от давления — в этой таблице показаны их значения для стандартного давления на уровне моря.
Для P = 101,325 кПа т e s q с r с ρ и или T d e кв г ρ v (° C) (кПа) (г кг –1 ) (г кг –1 ) (г м –3 ) –40
–35
–30
–25
–20
–15
–10
–5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0.0203
0,0330
0,0528
0,0827
0,1274
0,1929
0,2875
0,4222
0,6113
0,8735
1,232
1,718
2.369
3,230
4,360
5.829
7.720
10,13
13,19
17,04
21,83
0,1245
0,2029
0,324
0,5079
0,7822
1,1848
1,7666
2,5956
3.7611
5,3795
7.6005
10,62
14,67
20,07
27,21
36,58
48,8
64,66
85,18
111,7
145,9
0,1245
0.2029
0,3241
0,5082
0,7828
1,1862
1,7697
2,6024
3,7753
5,4086
7,6587
10,73
14,89
20,48
27,97
37,97
51.3
69,13
93,11
125,7
170,8
0,1886
0,301
0,4708
0,7231
1.0914
1,6206
2.3697
3,4151
4,8546
6.8119
9,4417
12,94
17,53
23,5
31,2
41,03
53,48
69,1
88,56
112,6
142,2
Давление насыщения водяного пара — обзор
1 Предотвращение обезвоживания
Адаптации для предотвращения обезвоживания способствуют поддержанию высокого водного статуса растений во время климатической засухи за счет регулирования баланса между поглощением влаги почвой и транспирационной потерей воды, а также за счет поддержания функциональной системы транспортировки ксилемы (см. Раздел II, А, 3).Можно выделить множество адаптаций (Pallardy, 1981), но их можно классифицировать по функциональным категориям как адаптации для (1) поглощения воды [например, укоренение и рост, микоризные ассоциации, изменения распределения корней и побегов (Раздел I)], ( 2) эффективный транспорт от корней к побегам [т.е. характеристики ксилемы (разделы II и III)] и (3) сохранение воды побегами.
Хорошо развитый потенциал предотвращения дефицита влаги в листьях за счет повышенной чувствительности устьиц к почве и / или атмосферной засухе был использован для объяснения адаптации к засухе Juniperus occidentalis (Miller and Schultz, 1987), Pinus Banksiana (Roberts, Dumbroff, 1986) и более ксерических экотипов Pseudotsuga menziesii (Zavitkovski, Ferrell, 1968, 1970) и P.taeda (Билан и др. ., 1977). Повышенный устьичный контроль E также был связан с улучшением выживаемости сеянцев хвойных (Ливингстон и Блэк, 1988; Куи и Смит, 1991). Повышенная чувствительность устьиц к листовой АБК и сравнительно постепенное снижение АБК (и увеличение E ) после снятия стресса были связаны со способностью избегать обезвоживания у P.bankiana (Roberts and Dumbroff, 1986). Предварительное воздействие на некоторые виды хвойных водного стресса приводит к акклиматизации, в результате чего реакция устьиц на последующий стресс характеризуется более низким значением g s и повышенной чувствительностью устьиц к опадающим побегам Ψ (Seiler and Johnson, 1985; Zwiazek and Blake, 1989).
Прямая реакция устьиц на суточные изменения дефицита атмосферного водонасыщенного пара и давления пара (VPD) при отсутствии значительных изменений водного состояния в основном листе была продемонстрирована для ряда хвойных деревьев (Sandford and Jarvis, 1986; Grossnickle and Russell, 1991). ). Эта реакция обеспечивает более эффективный и чувствительный механизм сохранения воды, чем реакция устьиц на состояние воды в основной массе листа. Чувствительность устьиц к суточным изменениям VPD у разных видов хвойных различается от очень чувствительной у Picea glauca (Goldstein et al ., 1985) и Chamaecyparis nootkatensis (Grossnickle and Russell, 1991), практически не получив ответа у P. taeda (Teskey et al ., 1986). Реакция устьичной апертуры на VPD также зависит от факторов окружающей среды, таких как свет (Kaufmann, 1976; Beadle et al ., 1985a; Goldstein et al ., 1985), температура воздуха и почвы (Beadle et al . , 1985a; Miller and Schultz, 1987) и почвы Ψ (Tan et al ., 1977; Running, 1980c; Graham and Running, 1984).Факторы растений, такие как ростки (Beadle et al ., 1985b; Goldstein et al ., 1985) или предыдущее воздействие высокого VPD или низкой влажности почвы, могут изменить эту устьичную реакцию (Teskey et al ., 1987; Мэнсфилд и Аткинсон, 1990). Как правило, чем ниже Ψ побега или почвы, тем более чувствительна реакция или меньше значение g s при заданном VPD. Суточная чувствительность устьиц к VPD может со временем снижаться с возрастом листвы (Kaufmann, 1976; Sandford, Jarvis, 1986; Guehl et al ., 1991).
Эффективное использование воды растениями (высокие коэффициенты A / E ) может быть важной адаптацией растений, растущих в условиях ограниченной воды (Cowan, 1977). Согласно модели Коуэна и Фаркухара (1977) устьичная «оптимизация» газообмена будет происходить, когда относительная чувствительность A и E к изменениям g с , δ A / δ E , остается неизменным, несмотря на колебания окружающей среды, влияющие на g s .Эта гипотеза об оптимизации устьиц была проверена для ряда видов хвойных, при этом реакция устьиц соответствовала этой гипотезе у некоторых видов (Meinzer, 1982; Sandford and Jarvis, 1986; Guehl et al. ., 1991), но не у других (Sandford and Jarvis, 1986; Guehl and Aussenac, 1987; Fites and Teskey, 1988; Grieu et al. ., 1988). Различия в результатах говорят о том, что оптимизированное поведение устьиц может быть просто одной из многих потенциально адаптивных черт.
Различия между и внутри видов хвойных в реакции устьиц на влажность использовались для определения сравнительной засухоустойчивости и сегрегации среды обитания, но были получены противоречивые результаты.Сравнение древесных видов показывает, что виды с высокой энергией и скоростью роста, как правило, менее чувствительны к влажности, чем более медленно растущие вечнозеленые виды (Marshall and Waring, 1984; Korner, 1985). Сравнительно низкая чувствительность устьиц к VPD была предложена в качестве объяснения приуроченности некоторых видов хвойных к более влажной, мезофитной среде (Grossnickle and Blake, 1987a, b; Higgins et al. ., 1987). Популяции хвойных пород, происходящие из разных режимов влажности, также демонстрируют различные отношения g s -VPD и устьичные приспособления к влажности.Сеянцы семейства Abies alba , выращенного на суше, характеризовались реакцией устьиц, свидетельствующей о большей устойчивости к обезвоживанию (Guehl and Aussenac, 1987). И наоборот, потомство P. ponderosa на сухих участках имело более низкие значения g s при данном VPD по сравнению с сеянцами более мезического, прибрежного происхождения, устьичной адаптацией для повышенного предотвращения обезвоживания (Monson and Grant, 1989).
Закрытие устья при низком уровне T с при отсутствии изменений водного статуса побегов также может представлять собой механизм предотвращения засухи.Участие химических сигналов, передаваемых от корней к побегам, в этой устьичной реакции было исследовано в экспериментах с раздвоением корня (Day et al ., 1991). Не было обнаружено свидетельств негидравлического корневого сигнала у проростков P. taeda , когда половина корневой системы подвергалась воздействию 24 ° C, а половина — 7 или 1 ° C. Вместо этого было предложено, чтобы в этом ответе участвовало подавление обратной связи A за счет накопления углеводов из-за снижения метаболической активности корня и силы погружения при низком T с (Day et al., 1991). У других видов этот ответ может быть связан с регуляторами роста растений, продуцируемыми корнями, или тесной связью между потоком ксилемы, эпидермальным тургором и г s (Teskey et al ., 1983; DeLucia et al ., 1991) ). Хотя влияние низкого T s на газообмен не может быть прямым следствием дефицита воды у растений, закрытие устьиц в ответ на низкий T s может эффективно избежать дефицита воды в листьях, связанного с нарушением поглощения воды из-за холода. почва.
Предпочтительное распределение углерода в корневых системах в условиях засухи приводит к более благоприятному функциональному балансу между водопоглощающими и водопоглощающими тканями и улучшенным потенциалом предотвращения обезвоживания. Сеянцы хвойных видов или семейств, произрастающих в более ксерических условиях, иногда характеризуются более высоким соотношением корня и побегов (Bongarten, Teskey, 1987; Joly et al. ., 1989), но не всегда (Strauss and Ledig, 1985; Barton and Teeri , 1993). Опадение более старой листвы в сочетании с мелкой гибелью корней в сезонные периоды пониженной влажности почвы приводит к корректировке баланса корни и побегов.Кроме того, это сокращение площади листьев, совпадающее с быстрым образованием тонких корней после пополнения почвенной влаги, приведет к увеличению соотношения корень-побеги и может повысить способность растения к восстановлению после стресса (Bartsch, 1987; Chaves and Pereira, 1992).
Давление насыщения — обзор
5.4 Влажность реагента
Поскольку мембране требуется вода для поддержания протонной проводимости, как показано в главе 4, оба газа-реагента обычно необходимо увлажнять перед входом в ячейку.В некоторых случаях они должны быть насыщенными, но в некоторых случаях требуется избыточная влажность на анодной стороне, а на катодной стороне может быть достаточно условий менее чем насыщения.
Коэффициент влажности — это соотношение между количеством водяного пара, присутствующего в газовом потоке, и количеством сухого газа. Массовое отношение влажности (граммы водяного пара / грамм сухого газа) составляет:
(5-18) x = mvmg
Молярное отношение влажности (моль водяного пара / моль сухого газа) составляет:
(5-19) χ = NvNg
Соотношение между массовыми и молярными отношениями влажности:
(5-20) x = MwMgχ
Молярное соотношение газов такое же, как и отношение парциальных давлений:
(5-21) χ = pvpg = pvP − pv
, где P — полное давление, а p v и p g — парциальные давления пара и газа, соответственно.
Относительная влажность — это соотношение между парциальным давлением водяного пара, p v , и давлением насыщения, p vs , которое является максимальным количеством водяного пара, которое может присутствовать в газе для данного условия:
(5-22) φ = pvpvs
Давление насыщения является функцией только температуры. Значения давления насыщения можно найти в термодинамических таблицах. ASHRAE Fundamentals [4] предоставляет уравнение, которое позволяет нам рассчитать давление насыщения (в Па) для любой заданной температуры от 0 ° C до 100 ° C:
(5-23) pvs = eaT − 1 + b + cT + dT2 + eT3 + fln (T)
, где a, b, c, d, e, и f — коэффициенты:
a = −5800.2206
b = 1,3
3c = −0,048640239
d = 0,41764768 × 10 −4 4
5
544 9452 945 945
f = 6.5459673
Отношения влажности могут быть выражены в терминах относительной влажности, давления насыщения и общего давления путем объединения уравнений (5-20), (5-21) и (5 -22):
(5-24) x = MwMaφpvsP − φpvs
и
(5-25) χ = φpvsP − φpvs
На рисунке 5-8 показано содержание водяного пара в газе при различных температурах и давлениях.Как следует из уравнения (5-25), при более низком давлении газ может содержать больше водяного пара, и, как следует из уравнений (5-23) и (5-25), содержание воды в газе экспоненциально увеличивается с температурой. При 80 ° C и атмосферном давлении содержание воды в воздухе приближается к 50%. Объемное содержание водяного пара составляет:
Рисунок 5-8. Содержание водяного пара в газе при различных давлениях и температурах.
(5-26) rh3O, v = χχ + 1 = φpvsP
Энтальпия сухого газа:
(5-27) hg = cp, gt
где:
h г = энтальпия сухого газа, Дж г -1
c пг = удельная теплоемкость газа, Дж г -1 K -1
т = Температура в ° C
Обратите внимание, что это уравнение позволяет использовать градусы Цельсия, предполагая, что исходное нулевое состояние находится при 0 ° C (т.е., ч 0 = 0), поэтому 1 градус разницы температур по шкале Цельсия равен 1 Кельвину.
Энтальпия водяного пара составляет [5]:
(5-28) hv = cp, vt + hfg
где h fg = теплота испарения = 2500 Дж / г −1 при 0 ° C .
Энтальпия влажного газа тогда равна [5]:
(5-29) hvg = cp, gt + x (cp, vt + hfg)
, а единица измерения — джоули на грамм сухого газа.
Энтальпия жидкой воды составляет:
(5-30) hw = cp, wt
Если газ содержит как водяной пар, так и жидкую воду, как это может иметь место на выходе из топливного элемента, его энтальпия составляет [5 ]:
(5-31) hvg = cp, gt + xv (cp, vt + hfg) + xwcp, wt
, где x v = содержание водяного пара (в граммах пара на грамм сухого газа ) и x w = содержание жидкой воды (в граммах жидкой воды на грамм сухого газа).Общее содержание воды составляет:
(5-32) x = xv + xw
Обратите внимание, что когда x w = 0, тогда x = x v ; и когда x w > 0, тогда x v = x vs . (Когда в газе присутствует жидкая вода, газ уже насыщен паром.)
Процессы с влажными газами лучше всего видны на диаграмме hx или так называемой диаграмме Молье (рисунок 5-9). [5], где ось x наклонена на:
Рисунок 5-9.H-x диаграмма Молье для влажного воздуха.
(5-33) (dhdx) t = 0 ° C = hfg
Линия насыщения делит диаграмму на две отдельные области: ненасыщенную область над линией насыщения и область тумана ниже линии насыщения (рис. 5-9). Состояние влажного газа определяется его температурой и относительной влажностью, или температурой и содержанием воды, или температурой и точкой росы. Температура точки росы — это температура, при которой весь водяной пар, присутствующий в газе, будет конденсироваться.
Газы-реагенты в топливных элементах PEM обычно увлажняются. Чаще всего требуется, чтобы оба газа-реагента были насыщенными при рабочей температуре электролизера, хотя существуют конструкции электролизеров и МЭБ, которые требуют либо недосыщенных условий, либо пересыщения. Процесс увлажнения может быть таким же простым, как впрыск воды или пара. В любом случае для перехода от сухого газа или воздуха с температурой окружающей среды к полностью насыщенному газу при рабочей температуре ячейки требуются как вода, так и тепло.Закачка воды в относительно сухой газ приведет к насыщению при температуре ниже, чем у исходных воздуха и воды (как показано на Рисунке 5-10).
Рисунок 5-10. Иллюстрация процесса увлажнения на диаграмме h-x.
Количество тепла, необходимое для увлажнения, может быть весьма значительным, особенно если воздух под давлением окружающей среды должен быть насыщен при относительно высоких температурах.
Пример
Топливный элемент с активной площадью 300 см 2 работает при 0.6 А / см 2 и 0,65 В. Воздух подается в стехиометрическом соотношении 2 и под давлением 1,15 бар, и он увлажняется путем впрыска горячей воды (60 ° C) непосредственно перед входом в дымовую трубу. Условия окружающей среды: 1 бар, 20 ° C и относительная влажность 60%. Требуется насыщать воздух при рабочей температуре ячейки 60 ° C. Рассчитайте расход воздуха, количество воды, необходимое для 100% увлажнения воздуха на входе, и количество тепла, необходимое для увлажнения.
Потребление кислорода составляет (уравнение 5-3):
N˙O2, cons = I4F = 0.6Асм − 2 × 300 см 24 × 96,485 = 0,466 × 10−3 моль − 1
Скорость потока кислорода на входе в ячейку составляет (Уравнение 5-12):
N˙O2, акт = SO2N˙O2, cons = 2 × 0,466 × 10 −3 = 0,933 × 10−3 моль − 1
Расход воздуха на входе в ячейку:
N˙воздуш, дюйм = NO2, дюйм1rO2 = 0,933 × 10−30,21 = 4,44 × 10−3 моль − 1
м˙вд , in = N˙air, inMair = 4,44 × 10−3 моль с − 1 × 28,85 г моль − 1 = 0,128 г с − 1 Ответ
где M ai r = молекулярная масса воздуха = 0,21 × 32 + 0,79 × 28 = 28,85 г моль -1 .
Количество воды в воздухе на входе в ячейку (насыщенное при 1,15 бар и 60 ° C) составляет (Уравнение 5-18):
м˙ч3O, дюйм = xсм˙вд, дюйм
, где x s — содержание воды в воздухе при насыщении, то есть φ = 1 (уравнение 5-24):
xs = Mh3OMairpvsP − pvs
, где p vs — давление насыщения при 60 ° C (уравнение 5 -23) и P — полное давление, 1,15 бар = 115 кПа.pvs = eaT − 1 + b + cT + dT2 + eT3 + fln (T) = 19,944 кПа (для T = 333.15 K) undefined
xs = Mh3OMairpvsP − pvs = 1828,8519,5−19,944 = 0,131 гч3O / гэр
м˙ч3O, дюйм = xsm˙вр, дюйм = 0,131 гч3O / гэр × 0,128 гэр с-1 = 0,0168 гч −1
Окружающий воздух уже содержит немного воды (относительная влажность 60% при 20 ° C; p vs = 2339 кПа):
xs = Mh3OMairφpvsP − φpvs = 1828,850,6 × 2,339100−0,6 × 2,339 = 0,00888 гч3O / гэр
м˙ч3O, окр. = Xсм˙вр, дюйм = 0,00888 гч3O / гэр × 0,128 гэр с-1 = 0,0011 гч3O с-1
Следовательно, количество воды, необходимое для увлажнения воздуха в ячейке на входе:
м˙ч3О = 0.0168−0,0011 = 0,0157 gh3O s − 1 Ответ
Теплота, необходимая для увлажнения, может быть рассчитана из теплового баланса:
Hair, amb + Hh3O + Q = Hair, in⇒Q = Hair, in − Hair, amb − Hh3O
Энтальпия влажного воздуха составляет (уравнение 5-29):
hvair = cp, airt + x (cp, vt + hfg)
Увлажненный воздух: h пар, дюйм = 1,01 × 60 + 0,131 = (1,87 × 60 + 2500) = 402,8 Дж · г −1
Окружающий воздух: ч вир, окр. = 1,01 × 20 + 0,00888 = (1.87 × 20 + 2500) = 42,73 Дж · г −1
Вода: h h3O = c p, w t = 4,18 × 60 = 250,8 Дж · г −1
Q = 402,8 Дж · г − 1 × 0,128 г / с − 42,73 Дж · г − 1 × 0,128 гс − 1−250,8 Дж · г − 1 × 0,0157 гс − 1
= 51,56 Вт − 5,47 Вт − 3,94 Вт = 42,15 Вт · Ответ
Только для сравнение:
Выработка электроэнергии элементом: W el = I × V = 0,6 Acm −2 × 300 см 2 × 0,65 V = 117 Вт
Эффективность элемента: η = V / 1.482 = 0,65 / 1,482 = 0,439
Тепловыделение ячейкой: Q = 117 / 0,439 — 117 = 149,5 Вт
Скорость образования воды: м˙ч3O, gen = I2FMh3O = 0,6 × 3002 × 96,48518 = 0,0168 гс − 1
Таким образом, топливный элемент из этого примера вырабатывает более чем достаточно тепла и примерно столько воды, сколько необходимо для увлажнения поступающего воздуха. Благодаря продуманной конструкции системы можно было бы улавливать тепло и воду, генерируемые ячейкой, и использовать их для увлажнения поступающего воздуха.
На рис. 5-11 показаны условия, при которых топливный элемент производит достаточно воды для увлажнения воздуха и водорода (при условии, что оба газа перед увлажнением полностью высохли). Выше линии для заданных стехиометрических соотношений потребность в увлажнении газов-реагентов больше, чем количество воды, образующейся в дымовой трубе.
Рисунок 5-11. Температуры и давления, при которых топливный элемент производит достаточно воды для увлажнения входящего потока водорода и воздуха.
Возникает логичный вопрос: если топливный элемент генерирует достаточно воды на катодной стороне, почему необходимо увлажнять воздух перед входом в элемент? Как правило, увлажнение воздуха необходимо для предотвращения высыхания части мембраны рядом с входным отверстием для воздуха. На рис. 5-12а показано, что, хотя в ячейке образуется достаточно воды, воздух в большей части ячейки недонасыщен. Однако условия на Рисунке 5-12a не очень реалистичны:
Рисунок 5-12. Профили воды в топливном элементе: (а) предполагают равномерное распределение плотности тока и изотермические условия; (б) предполагая реалистичное распределение плотности тока и повышение температуры воздуха от входа к выходу.
- •
Предполагается, что воздух поступает в ячейку в сухом виде и нагревается до рабочей температуры ячейки.
- •
Ячейка изотермическая.
- •
Нет перепада давления.
- •
Скорость образования воды (т.е. скорость реакции) постоянна.
Когда применяются более реалистичные условия, профили воды в ячейке резко меняются, как показано на Рисунке 5-12b.Условия выбираются таким образом, чтобы получаемой воды было достаточно для насыщения воздуха на выходе из топливного элемента. Воздух поступает в камеру при окружающих условиях, относительно сухой. При низких температурах (от 20 ° C до 30 ° C) требуется небольшое количество воды для насыщения воздуха, и воды для продукта более чем достаточно. По мере того, как воздух нагревается и его давление уменьшается, ему требуется все больше и больше воды. Благодаря тщательному проектированию воздушных каналов и теплопередачи внутри топливного элемента можно еще более точно согласовать два профиля воды.
На Рис. 5-13 показано содержание воды в воздухе на входе, показанное как температура точки росы, необходимое для насыщения воздуха на выходе из топливного элемента для типичных воздушных потоков. Условия выше линии приводят к появлению жидкой воды на выходе, тогда как условия ниже линии приводят к недонасыщенному воздуху на выходе.
Рисунок 5-13. Содержание воды в воздухе на входе (указывается как точка росы), необходимое для создания условий насыщения на выходе из топливного элемента.
Бернинг [6] предположил, что температура точки росы выхлопных газов может использоваться в качестве критерия для выбора рабочих условий.Температура точки росы на выходе из анода зависит от молярных расходов газа. Молярный поток водорода, покидающий ячейку:
(5-34) N˙h3, out = (Sh3−1) N˙h3, cons = (Sh3−1) I2F
Молярный расход воды, покидающей ячейка рассчитывается с использованием определения коэффициента чистого сопротивления r d , определенного как [7]:
(5-35) rd = N˙h3Oinh3in − N˙h3Oinh3outIF
Коэффициент чистого сопротивления представляет собой разницу между поток воды за счет электроосмотического сопротивления и обратной диффузии воды.Оно определяется так же, как электроосмотическое сопротивление, то есть количество молекул воды на протон. Он положительный, когда чистый поток идет от анода к катоду.
Для входа сухого водорода (N˙h3Oinh3in = 0) это приводит к:
(5-36) N˙h3Oinh3out = −rdIF
Таким образом, молярное соотношение водяного пара и сухого газообразного водорода на выходе из анода составляет:
(5-37) χh3Oinh3out = N˙h3Oinh3outN˙h3, out = −rdIF (Sh3−1) I2F = −2rd (Sh3−1)
Обратите внимание, что вода в газообразном водороде на выходе будет только тогда, когда сеть сопротивление отрицательное, то есть, когда чистый поток идет от катода к аноду.Затем парциальное давление водяного пара на выходе из анода можно рассчитать, объединив уравнение (5-37) и уравнение (5-21):
(5-38) ph3Oinh3out = Ph3out2rd2rd− (Sh3−1)
Из уравнения ( 5-38) следует, что для данного давления на выходе из анода температура точки росы зависит только от стехиометрического коэффициента расхода и коэффициента полезного сопротивления. Когда топливные элементы работают при повышенном давлении, давление обычно фиксируется на выходе, так что предыдущее уравнение дает значение давления водяного пара на выходе из топливного элемента.
Молярный расход обедненного воздуха на выходе из катода (без учета перехода азота на анод) определяется как:
(5-39) N˙Air, out = N˙Air, in − N −O2, cons = SO20.21I4F − I4F = I4F (SO20.21−1)
, где S O 2 — стехиометрический коэффициент расхода на катодной стороне. Это уравнение предполагает, что сухой воздух состоит из 79% азота и 21% кислорода на молярной основе.
Молярный поток водяного пара, покидающий катодную сторону, при условии, что воздух на входе был сухим, составляет:
(5-40) N˙h3OinAirout = N˙h3O, gen − N˙h3Oinh3out = I2F + rdIF = I2F ( 1 + 2rd)
Обратите внимание, что только если r d <0, часть воды в продукте попадет на анодную сторону.
Мольное соотношение водяного пара и сухого газа на выходе из катода:
(5-41) χh3OinAirout = N˙h3OinAiroutN˙Air, out = I2F (1 + 2rd) I4F (SO20.21−1) = 2 (1 + 2rd) (SO20.21−1)
Парциальное давление водяного пара в газе на выходе из катода, наконец, может быть получено путем объединения уравнений (5-41) и (5-21):
(5 -42) Ph3OinAirout = PAir, out2 (1 + 2rd) 2 (1 + 2rd) + SO20.21−1
Уравнения (5-38) и (5-42) могут использоваться для расчета давления водяного пара в Выходы на стороне анода и катода, соответственно, и температуры точки росы могут быть затем рассчитаны с использованием следующего уравнения, которое является обратным уравнению (5-23):
(5-43) Tdew = -2.581 × 10−18 (ph3O) 4 + 6,4056 × 10−13 (ph3O) 3−5,8916 × 10−8 (ph3O) 2 + 2,8427 × 10−3 (ph3O) +22,455
, где p h3O — парциальное давление водяного пара в Па , рассчитанное по уравнениям (5-38) и (5-42), соответственно. Уравнение (5-43) отлично подходит для кривой между 40 ° C и 90 ° C [6].
Температура точки росы зависит от коэффициента полезного сопротивления r d . Однако, когда ячейка работает на сухих газах-реагентах, коэффициент полезного сопротивления обычно находится в очень узком диапазоне -0.1 < r d <0 [8]. Температура точки росы сильно зависит от рабочего давления, и увеличение давления в ячейке приведет к увеличению температуры точки росы и, следовательно, к увеличению опасности конденсации и затопления ячейки.
Предыдущие уравнения позволяют построить диаграммы, которые показывают температуры точки росы анода и катода T dew как функции от чистого коэффициента сопротивления r d и стехиометрического отношения потока.Из-за зависимости температуры точки росы от давления были созданы разные графики для каждого рабочего давления. На рис. 5-14 в качестве примера показаны расчетные температуры точки росы на аноде (слева) и катоде (справа) для рабочего давления окружающей среды (вверху), 1,5 бара (в центре) и 2,0 бара (внизу).
РИСУНОК 5-14. Температура точки росы на выхлопе анода (слева) и катода (справа) при рабочем давлении окружающей среды (вверху) 1,5 бар (в центре) и 2,0 (внизу) для топливного элемента, работающего с сухими газами на входе [6].
Комбинируя предыдущий анализ точки росы выхлопных газов с моделированием процессов внутри топливного элемента, Бернинг [6] предположил, что идеальная рабочая температура топливного элемента должна быть на несколько градусов выше температуры катодной конденсации, которая обычно находится в диапазоне от 60 ° C до 80 ° C, в зависимости от давления и стехиометрического соотношения потоков. Эксплуатация топливного элемента на 10 ° C выше точки росы приводит к сухой мембране. Когда анодная сторона работает при таком низком стехиометрическом соотношении потоков, как , ξ = 1.05, прогнозируемое чистое сопротивление попадает в очень узкий режим и совершенно не зависит от плотности тока, что в значительной степени помогает определить идеальные условия эксплуатации. Поскольку температура точки росы на стороне анода очень чувствительна к rd и быстро увеличивается до значений выше 80 ° C, рекомендуется, чтобы выходное отверстие анода было горячим концом топливного элемента при работе в режиме противотока. Этого можно добиться, направив охлаждающую жидкость противотоком к катоду.
Следовательно, при определенных условиях возможна работа с сухими газами.Критерием работы с сухими газами является то, что количество воды в продукте должно быть достаточным для насыщения выходящих газов [9], то есть:
(5-44) 1≥ [(Sh3−1) +12 (SO20.21) −1)] ps (Tcell) P − ps (Tcell)
На рис. 5-15 [9] показана критическая стехиометрия газа для типичных температур ячейки 60 ° C и 80 ° C и давления 1,5 и 3 бара. Однако выполнение предыдущего уравнения не гарантирует, что локального обезвоживания не произойдет.
РИСУНОК 5-15. Максимальная стехиометрия воздуха, которая для данной стехиометрии водорода все еще удовлетворяет уравнению (5-44); каждая точка соответствует комбинации стехиометрии, для которой количество воды в продукте достаточно для насыщения выходящего газа [7].
Действительно, Tolj et al. [10] показали, что происходит внутри топливного элемента, в который подается не увлажненный воздух из окружающей среды, если оборудование элемента поддерживается при постоянной температуре (рис. 5-16). Хотя получаемой воды достаточно для увлажнения воздуха на выходе, воздушный поток сразу после входа в камеру нагревается, что приводит к падению относительной влажности ниже 25%. К концу канала поток воздуха полностью насыщается, но по всему катодному каналу воздух практически сухой. Этого можно избежать, если установить температурный профиль вдоль катодного канала, который предотвратит быстрый нагрев воздуха и обеспечит относительную влажность, близкую к 100% по всему каналу.Это может быть достигнуто за счет противотока охлаждающей жидкости к катоду и / или за счет тщательно продуманного отвода тепла от ячейки. Если ни одна из этих мер недостаточна, чтобы избежать условий высыхания в топливном элементе, может потребоваться увлажнение воздуха перед его входом в топливный элемент.
РИСУНОК 5-16. Температура и относительная влажность вдоль катодного канала топливного элемента, работающего при 60 ° C, с окружающим воздухом на входе [10].
Когда оба газа (водород и воздух) насыщены при температуре ячейки, все еще возможно закончить дегидратацию на аноде или катоде, в зависимости от величины и направления чистого сопротивления воды.