Область перенасыщенного влажного воздуха

В области перенасыщенного влажного воздуха (ее называют областью тумана, она расположена в H,d- диаграмме ниже линии j = 100 %) кроме паровой фазы в воздухе может присутствовать жидкая или твердая фаза воды. При атмосферном давлении воздуха и температуре выше 0 ^оС могут одновременно существовать только паровая и жидкая фазы воды, а при температурах ниже 0 ^оС - только паровая и твердая (лед, снег) фазы воды, и только при 0 ^оС могут одновременно существовать все три фазы воды. Такое поведение воды в атмосферном воздухе объясняется тем, что жидкая фаза воды при отрицательных температурах может существовать только при давлениях выше давления тройной точки воды Р_о, а максимальное парциальное давление водяного пара в атмосферном воздухе при этих температурах не может быть больше этого давления. Наглядно показать области возможного фазового существования воды в атмосферном воздухе можно в фазовой диаграмме P,t для воды (см. рис.3.2). Заштрихованная площадь соответствует возможному состоянию воды в атмосферном воздухе. Сверху эта область ограничена максимальным парциальным давлением насыщения водяного пара, соответствующим температуре 100 ^оС. Большего парциального давления водяного пара в атмосферном воздухе быть не может, т.к. парциальное давление водяного пара при температуре воздуха 100 ^оС равно полному давлению воздуха Р_{н мах} = Р. Слева ограничение этой области идет по линиям фазовых переходов: по линии насыщения АК - где может находиться одновременно жидкая и паровая фазы воды, и по линии сублимации АС - где возможно одновременное существование твердой и паровой фаз воды.

Характер изотерм в области перенасыщенного влажного воздуха (область тумана) H,d- диаграммы при температурах больше 0 ^оС определяет уравнение энтальпии влажного воздуха в виде

.

Количество водяного пара в области тумана влажного воздуха при постоянной температуре не меняется. Оно соответствует максимально возможному влагосодержанию пара в воздухе при данной температуре и определяется в H,d- диаграмме на линии j=100 %, как влагосодержание насыщенного воздуха. Например, для температуры t₁ максимальное влагосодержание пара d_п2=d_н1 (рис.3.4, точка А). Увеличение влагосодержания воздуха на изотерме в области тумана обусловлено увеличением жидкой фазы воды в воздухе. Парциальное давление водяных паров на изотерме в области тумана при этом остается постоянным и равным давлению насыщения (для точки 2 на изотерме t₁ Р_п2=Р_н1). Таким образом, в выражении энтальпии перенасыщенного влажного воздуха при t=const переменной будет только третье слагаемое, определяющее угол наклона изотермы в области тумана H,d- диаграммы выражением (¶H/¶d)_t=4,1877t/1000. Оно намного меньше соответствующего выражения для изотермы ненасыщенного влажного воздуха, равного (¶H/¶d)t=(2501+1,937t)/1000, т.е. на линии j=100 % прямая изотермы претерпевает излом, уменьшая угол наклона к оси d в области тумана.

Меньший угол наклона изотерм в области тумана будет соответствовать меньшему значению температуры, а изотерма 0 ^оС в этой области при наличии в воздухе только паровой и жидкой фазы воды совпадает с линией постоянных энтальпий - параллельна оси d. Совпадение изотермы 0 ^оС с H=const в этом случае объясняет ее угловой коэффициент (¶H/¶d)_t=0 = 0.

Определение влагосодержания жидкой фазы воды в воздухе в области тумана выполняется нахождением разницы общего влагосодержания и влагосодержания паровой фазы воды. Например, для точки 2 влагосодержание жидкой фазы равно d_ж2=d₂-d_п2.

Поскольку в практике определения параметров влажного воздуха используется психрометр, изотермы перенасыщенного влажного воздуха в H,d- диаграмме продолжают из области тумана в область ненасыщенного влажного воздуха (выше линии j=100%) в виде прямых пунктирных (условных) линий, что позволяет показать изотермы мокрого термометра психрометра в H,d- диаграмме. Показания мокрого термометра психрометра соответствуют температурам насыщенного (перенасыщенного) влажного воздуха, что позволяет по H,d- диаграмме по показаниям сухого и мокрого (по t и t_1м определяется точка 3) термометров определить все остальные характеристики ненасыщенного влажного воздуха. Для нахождения места расположения точки в области тумана в H,d- диаграмме показаний психрометра недостаточно, т.к. температуры сухого и мокрого термометров одинаковы. В этом случае необходимо опытным путем определить полное влагосодержание воздуха.

На рис.3.5 показана H,d- диаграмма, используемая для практической деятельности. В этой диаграмме в области ниже j=100 % не показаны изотермы, но их можно получить продлив изотермы мокрого термометра в эту область.