Психрометрия

Не путать с психометрией, дисциплиной психологии и образования. "Психрометрия"перенаправляет сюда. Его не следует путать с Психометрия .

Психрометрия, психрометрия и гигрометрия-это названия для области техники, связанной с физическими и термодинамическими свойствами газопаровых смесей. Этот термин происходит от греческого psuchron (υυρρνν), означающего "холод" , и metron (μττρον), означающего "средства измерения"

Общие приложения[править]

Хотя принципы психрометрии применимы к любой физической системе, состоящей из газово-паровых смесей, наиболее распространенной системой, представляющей интерес, является смесь водяного пара и воздуха, поскольку она применяется в системах отопления, вентиляции, кондиционирования и метеорологии . С точки зрения человека, наш тепловой комфорт в значительной степени является следствием не только температуры окружающего воздуха, но и (поскольку мы охлаждаем себя через пот) степени насыщения этого воздуха водяными парами.

Многие вещества гигроскопичны, то есть они притягивают воду, как правило, пропорционально относительной влажности или выше критической относительной влажности . К таким веществам относятся хлопок, бумага, целлюлоза, другие древесные продукты, сахар, оксид кальция (обожженная известь) и многие химические вещества и удобрения. Отрасли промышленности, использующие эти материалы, занимаются регулированием относительной влажности воздуха при производстве и хранении таких материалов.

В промышленных сушильных приложениях, таких как сушка бумаги, производители обычно пытаются достичь оптимального соотношения между низкой относительной влажностью, которая увеличивает скорость сушки, и потреблением энергии, которое уменьшается по мере увеличения относительной влажности выхлопных газов. Во многих промышленных применениях важно избегать конденсации, которая разрушила бы продукт или вызвала бы коррозию.

Плесень и грибы можно контролировать, сохраняя относительную влажность низкой. Дереворазрушающие грибы обычно не растут при относительной влажности воздуха ниже 75%.

Психрометрические свойства[править]

Температура сухой колбы (ДБТ)[править]

Главная статья: Температура сух-шарика

Температура сухого колбы - это температура, указанная термометром, выставленным на воздух в месте, защищенном от прямого солнечного излучения. Термин "сухая колба" обычно добавляется к температуре, чтобы отличить ее от температуры влажной колбы и точки росы. В метеорологии и психрометрии слово температура само по себе без приставки обычно означает сухую температуру колбы. Технически температура регистрируется сухим термометром психрометра. Имя подразумевает что воспринимая шарик или элемент в действительности сух. ВМО представляет собой 23-страничную главу, посвященную измерению температуры.

Температура мокрой лампы (WBT)[править]

Главная статья: Температура Влажн-шарика

Термодинамическая температура влажн-шарика термодинамическое свойство смеси воздуха и водяного пара. Значение, указываемое термометром с мокрой колбой, часто обеспечивает адекватное приближение термодинамической температуры мокрой колбы.

Точность простого термометра влажн-шарика зависит от как быстро воздух проходит над шариком и как хорошо термометр защищен от излучающей температуры своих окрестностей. Скорость до 5000 футов / мин (~60 миль в час) лучше всего, но это может быть опасно, чтобы переместить термометр на этой скорости. Ошибки до 15% могут произойти, если движение воздуха слишком медленно или если присутствует слишком много лучистого тепла (от солнечного света, например).

Температура влажной колбы, взятая с воздухом, движущимся со скоростью около 1-2 м/с , называется температурой экрана, в то время как температура, взятая с воздухом, движущимся со скоростью около 3,5 м / с или более, называется температурой стропа .

Психрометр представляет собой устройство, которое включает в себя как сухой колбы и мокрой колбы термометр. Психрометр слинга требует ручной операции для того чтобы создать воздушный поток над шариками, но приведенный в действие психрометр включает вентилятор для этой функции. Зная как температуру сухой колбы (DBT), так и температуру влажной колбы (WBT), можно определить относительную влажность (RH) по психрометрической диаграмме, соответствующей давлению воздуха.

Температура точки росы[править]

Основная статья: Температура точки росы

Температуру насыщения влаги, присутствующей в образце воздуха, можно также определить как температуру, при которой пар переходит в жидкость (конденсацию). Обычно уровень, на котором водяной пар превращается в жидкость, отмечает основание облака в атмосфере, следовательно, называется уровнем конденсации. Таким образом, значение температуры, которое позволяет этому процессу (конденсации) иметь место, называется "температура точки росы". Упрощенное определение - это температура, при которой водяной пар превращается в "росу" (Chamunoda Zambuko 2012).

Влажность[править]

Главная статья: Влажность

Удельная влажность воздуха[править]

Удельная влажность определяется как отношение массы водяного пара и массы пробы влажного воздуха (включая как сухой воздух, так и водяной пар); она тесно связана с коэффициентом влажности и всегда ниже по величине.

Абсолютная влажность воздуха[править]

Масса водяного пара на единицу объема воздуха, содержащего водяной пар. Это количество также известно как плотность водяного пара.

Относительная влажность[править]

Основная статья: Относительная влажность воздуха

Отношение давления паров влаги в образце к давлению насыщения при температуре сухой колбы образца.

Удельная энтальпия[править]

Аналогично удельной энтальпии чистого вещества. В психрометрии этот термин количественно определяет общую энергию как сухого воздуха, так и водяного пара на килограмм сухого воздуха.

Удельный объем[править]

Аналогично удельному объему чистого вещества. Однако в психрометрии этот термин количественно определяет общий объем как сухого воздуха, так и водяного пара на единицу массы сухого воздуха.

Психрометрическое отношение[править]

Психрометрическое отношение представляет собой отношение коэффициента теплоотдачи к произведению коэффициента массопереноса и влажного тепла на смоченной поверхности. Она может быть оценена с помощью следующего уравнения:

r = h c k y c s

где:

r Р = Психрометрическое отношение, безразмерное
h c = коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт м -2 к -1
k y = коэффициент конвективного массопереноса, кг м -2 С -1
c s = влажное тепло, Дж кг -1 к -1

Психрометрическое отношение является важным свойством в области психрометрии, поскольку оно связывает абсолютную влажность и влажность насыщения с разницей между температурой сухой колбы и температурой адиабатического насыщения .

Смеси воздуха и водяного пара являются наиболее распространенными системами, встречающимися в психрометрии. Психрометрическое соотношение паровоздушных смесей приблизительно равно единице, из чего следует, что разница между температурой адиабатического насыщения и температурой влажной колбы паровоздушных смесей невелика. Это свойство воздушно-водяных паровых систем упрощает расчеты сушки и охлаждения, часто выполняемые с использованием психрометрических соотношений.

Влажная жара[править]

Влажное тепло-это удельная теплоемкость влажного воздуха под постоянным давлением, приходящаяся на единицу массы сухого воздуха.

Давление[править]

Многие психрометрические свойства зависят от понятия давления:

давление пара воды;
атмосферное давление в месте расположения образца.

Психрометрические диаграммы[править]

Терминология[править]

Психрометрическая диаграмма для высот уровня моря

Психрометрическая диаграмма - это график термодинамических параметров влажного воздуха при постоянном давлении, часто приравниваемый к высоте над уровнем моря. Психрометрическая диаграмма типа ASHRAE, показанная здесь, была пионером Willis Carrier в 1904 году.[8] он отображает эти параметры и, таким образом, является графическим уравнением состояния . Параметры являются::

Температура сухой колбы (ДБТ) - это температура пробы воздуха, определяемая обычным термометром. Он обычно строится как абсцисса (горизонтальная ось) графика. Единицы измерения СИ для температуры-Кельвины или градусы Цельсия ; другие единицы измерения-градусы Фаренгейта и градусы Ранкина .
Температура влажн-шарика (WBT ) то из образца воздуха после того как она проходила через постоянн-давление, идеально, адиабатический процесс сатурации, т. е. после того как воздух проходил над большой поверхностью жидкостной воды в изолированном канале. На практике это показания термометра, чувствительная лампа которого покрыта влажным носком, испаряющимся в быстрый поток пробного воздуха (см. гигрометр). Когда образец воздуха pre-насыщен с водой, WBT прочитает эти же как DBT. Наклон линии постоянного WBT отражает теплоту испарения воды, необходимую для насыщения воздуха заданной относительной влажностью.
Температура точки росы (DPT) - это температура, при которой образец влажного воздуха при том же давлении достиг бы насыщения водяным паром."В этот момент дальнейшее удаление тепла приведет к конденсации водяного пара в жидкий водяной туман или , если температура ниже точки замерзания, твердый иней. Температура точки росы измеряется легко и дает полезную информацию, но обычно не считается независимым свойством образца воздуха, поскольку он дублирует информацию, доступную через другие свойства влажности и кривой насыщения.
Относительная влажность (RH) - это отношение молярной доли водяного пара к молярной доле насыщенного влажного воздуха при одинаковой температуре и давлении. RH является безразмерным и обычно выражается в процентах. Линии постоянной RH отражают физику воздуха и воды: они определяются с помощью экспериментальных измерений. Представление о том, что воздух "удерживает" влагу или что влага "растворяется" в сухом воздухе и насыщает раствор в определенной пропорции, ошибочно (хотя и широко распространено); см. относительную влажность для получения более подробной информации.
Коэффициент влажности представляет собой долю массы водяного пара на единицу массы сухого воздуха при заданных условиях (DBT, WBT, DPT, RH и др.).). Он также известен как содержание влаги или соотношение смешивания. Он обычно строится как ордината (вертикальная ось) из графика. Для данного ДБТ будет существовать определенное соотношение влажности, для которого проба воздуха находится на уровне 100% относительной влажности: это соотношение отражает физику воды и воздуха и должно определяться путем измерения. Безразмерный коэффициент влажности обычно выражается в граммах воды на килограмм сухого воздуха или зернах воды на фунт воздуха (7000 зерен равны 1 фунту).
Удельная энтальпия, обозначаемая h, представляет собой сумму внутренней (тепловой) энергии рассматриваемого влажного воздуха, включая теплоту воздуха и водяного пара внутри. Также называется теплосодержание на единицу массы. В приближении идеальных газов линии постоянной энтальпии параллельны линиям постоянной WBT. Энтальпия дана в (SI) джоулях на килограмм воздуха, или BTU на фунт сухого воздуха.
Удельный объем-это объем смеси (сухой воздух плюс водяной пар), содержащей одну единицу массы "сухого воздуха". Блоки Си кубические метры в килограмм сухого воздуха; другие блоки кубические ноги в фунт сухого воздуха. Обратную величину удельного объема обычно путают с плотностью смеси (см. "Применение Психрометрических соотношений" CIBSE, август 2009 г.). Однако для получения фактической плотности смеси необходимо умножить обратную величину удельного объема на единицу плюс значение коэффициента влажности в точке интереса (см. ASHRAE Fundamentals 1989 6.6, уравнение 9).

Психрометрическая диаграмма позволяет определить все параметры некоторого влажного воздуха из любых трех независимых параметров, одним из которых должно быть давление. Изменения в состоянии, например, когда смешиваются два воздушных потока, могут быть смоделированы легко и несколько графически, используя правильную психрометрическую диаграмму для давления воздуха или высоты местоположения относительно уровня моря. Для объектов, расположенных на высоте не более 2000 футов (600 м), обычно используется психрометрическая карта уровня моря.

На диаграмме ω - t температура сухой колбы (t ) отображается по оси абсцисс ( горизонтальная ось), а коэффициент влажности (ω) - по оси ординат (вертикальная ось). Диаграмма действительна для заданного давления воздуха (или высоты над уровнем моря). По любым двум независимым из шести параметров: температура сухой колбы, температура влажной колбы, относительная влажность, коэффициент влажности, удельная энтальпия и удельный объем-можно определить все остальные. ( 6 2 ) = 15 =15Возможны комбинации независимых и производных параметров.

Поиск параметров на диаграмме[править]

Температура сухой колбы: эти линии прочерчены прямо, не всегда параллельно друг другу, и слегка наклонены от вертикального положения. Это ось т, ось абсцисс (горизонтальная). Каждая строка представляет собой постоянную температуру.

Температура точки росы: от точки состояния следуйте горизонтальной линии постоянного коэффициента влажности до перехвата 100% RH, также известного как кривая насыщения . Температура точки росы равна температуре полностью насыщенной сухой или влажной луковицы.

Температура влажной колбы: эти линии являются наклонными линиями, которые незначительно отличаются от линий энтальпии. Они одинаково прямые, но не совсем параллельны друг другу. Они пересекают кривую насыщения в точке DBT.

Относительная влажность воздуха: эти гиперболические линии показаны с интервалами в 10%. Кривая насыщения находится на 100% RH, в то время как сухой воздух находится на 0% RH.

Коэффициент влажности: это горизонтальные линии на графике. Коэффициент влажности обычно выражается как масса влаги на массу сухого воздуха (фунты или килограммы влаги на фунт или килограмм сухого воздуха, соответственно). Диапазон составляет от 0 для сухого воздуха до 0.03 (lbmw/lbma) на правой ω-оси, ординате или вертикальной оси диаграммы.

Удельная энтальпия: это косые линии, проведенные по диагонали вниз слева направо через диаграмму, которые параллельны друг другу. Эти линии не параллельны к линиям температуры влажного шарика.

Удельный объем: это семейство равномерно расположенных прямых линий, которые почти параллельны.

Область над кривой насыщения представляет собой двухфазную область, которая представляет собой смесь насыщенного влажного воздуха и жидкой воды, находящуюся в термическом равновесии.

Транспортир в левом верхнем углу графика имеет две шкалы. Внутренняя шкала представляет собой отношение разумного-полного тепла (СВЧ). Внешний масштаб дает отношение разности энтальпии к разности влажности. Это используется для установления наклона линии условий между двумя процессами. Горизонтальная составляющая линии условий-это изменение ощутимого тепла, в то время как вертикальная составляющая-это изменение скрытого тепла.

Как читать диаграмму: основные примеры[править]

Психрометрические диаграммы доступны в блоках Си (метрических) и ИП (США/Империал). Они также доступны в низких и высокотемпературных диапазонах и для различных давлений.

Определение относительной влажности: процент относительной влажности может быть расположен на пересечении вертикальных сухих колб и диагонально вниз наклонных линий температуры влажной колбы. Метрика (SI): используя сухую колбу 25 °C и влажную колбу 20 °C, считайте относительную влажность приблизительно 63,5%. U. s / Imperial (IP): используя сухую лампочку 77 °F и влажную лампочку 68 °F, считайте относительную влажность приблизительно 63,5%. В данном примере коэффициент влажности составляет 0,0126 кг воды на кг сухого воздуха.
Определение влияния изменения температуры на относительную влажность воздуха: для воздуха с фиксированным составом воды или соотношением влаги найти начальную относительную влажность от пересечения линий температуры влажной и сухой колбы. Используя условия из предыдущего примера, можно найти относительную влажность при различных температурах сухой колбы вдоль горизонтальной линии коэффициента влажности 0,0126, либо в кг воды на кг сухого воздуха, либо в фунтах воды на фунт сухого воздуха.

Общим вариантом решения этой задачи является определение конечной влажности воздуха, выходящего из змеевика испарителя кондиционера, а затем нагретого до более высокой температуры. Предположим, что температура, выходящая из катушки, составляет 10°C (50°F) и нагревается до комнатной температуры (не смешивается с воздухом в помещении), которая определяется путем следования горизонтальному соотношению влажности от точки росы или линии насыщения до линии температуры сухой лампочки в помещении и считывания относительной влажности. В типичной практике кондиционированный воздух смешивается с воздухом помещения, который проникает с внешним воздухом.

Определение количества воды, подлежащей удалению или добавлению при понижении или повышении относительной влажности: это разница в соотношении влажности между начальным и конечным условиями умноженная на массу сухого воздуха.

Диаграмма моллиера[править]

Диаграмма "Mollier i - x" (Энтальпийно - влажностное отношение смешивания), разработанная Ричардом Моллиером в 1923 году , является альтернативной психрометрической диаграммой, предпочитаемой многими пользователями в Скандинавии, Восточной Европе и России.

Основные данные по психрометрическим параметрам для психрометрической диаграммы и диаграммы Моллиера идентичны. На первый взгляд между диаграммами нет большого сходства, но если повернуть диаграмму на девяносто градусов и посмотреть на нее в зеркало, то сходство становится очевидным. Координаты диаграммы Моллиера-это энтальпия и отношение влажности. Координата энтальпии смещена, а линии постоянной энтальпии параллельны и равномерно расположены. Психрометрические диаграммы ASHRAE с 1961 года используют аналогичные координаты построения. Некоторые психрометрические диаграммы используют соотношение температуры и влажности сухих ламп координирует.

Смотрите также[править]

Пруф[править]

/wcec.ucdavis.edu/resources/software-resource-applications/