В атмосферном воздухе всегда содержится то или иное количество влаги в виде водяного пара. Такую смесь сухого воздуха с водяным паром называют влажным воздухом.
Если при данном давлении и температуре воздух больше не поглощает влагу, то его называют насыщенным; если поглощение воздухом влаги продолжается - ненасыщенным.
В насыщенном воздухе пар находится в сухом, а в ненасыщенном - в перегретом состоянии. В обоих случаях параметры пара могут быть найдены по таблицам водяного пара. Так как влажный воздух представляет собой механическую смесь сухого воздуха и водяного пара, то, согласно закону Дальтона, давление влажного воздуха или барометрическое давление pбар равно
, Па, (1)
где - парциальное давление сухого воздуха, Па;
– парциальное давление водяных паров, Па;
– давление влажного воздуха, Па.
Парциальное давление водяных паров незначительно, поэтому для обоих компонентов влажного воздуха с достаточной точностью можно применять уравнения состояния для идеальных газов:
для сухого воздуха ; (2)
для водяного пара , (3)
где p - парциальное давление компонентов воздуха, Па;
Y - объем влажного воздуха, м3 (газ занимает весь объем);
M - масса компонентов, кг;
R - газовая постоянная компонентов, Дж/(кг×К);
T - абсолютная температура, К.
Масса водяного пара (кг), содержащегося в 1 м3 влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Абсолютная влажность воздуха, выраженная в килограммах на 1 м3, есть плотность перегретого водяного пара и обозначается Согласно данному определению,
, кг/м3.
Абсолютная влажность воздуха, полностью насыщенного водяными парами, обозначается (при давлении насыщения, т.е. ).
Относительная влажность воздуха - это отношение абсолютной влажности воздуха к максимально возможной в тех же условиях давления и температуры, т.е.
. (4)
Для идеальных газов отношение плотностей компонентов смеси можно заменить отношением парциальных давлений:
. (5)
Относительная влажность воздуха, выраженная в долях единицы или в процентах, характеризует степень насыщения его водяными парами.
Влагосодержание влажного воздуха - это количество водяных паров (в граммах), приходящихся на 1 кг сухой части влажного воздуха.
, г/кг сухого воздуха (6)
Из уравнения (6) следует, что
, Па. (7)
Уравнение (7) показывает, что парциальное давление водяного пара при данном давлении является функцией влагосодержания и наоборот.
Энтальпия влажного воздуха i вв - это количество тепла, находящегося во влажном воздухе, сухая часть которого составляет 1 кг (при p - const).
, кДж/кг; (8)
, кДж/кг; (9)
, кДж/кг, (10)
где – теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении, равная 1,005 кДж/кг;
t – температура воздуха, оС;
2500 – скрытая теплота парообразования 1 кг воды при температуре 0оС, кДж/(кг×К);
1,77 – теплоемкость водяного пара, кДж/(кг×К).
Плотность влажного воздуха определяется по уравнению
, кг/м3. (11)
Удельный объем можно определить по формуле
, м3/кг сухого воздуха. (12)