Вологе повітря

Вологе повітря – суміш сухого повітря і водяної пари. Воно є дуже поширеною речовиною в природі, сільському господарстві й техніці. Найчастіше пара перебуває у суміші в перегрітому стані, тому суміш вважають ідеальним газом. Проте нехтування наявністю пари в робочих процесах молочних виробництв призвело б до значних помилок. Тому розглядають три температури повітря:

- температура сухого термометра t_с (власне температура повітря);

- температура мокрого термометра t_м (її показує термометр, головку якого змочено за допомогою мокрого волокнистого матеріалу);

- точка роси t_р (температура, за якої пара стає насиченою без зміни її кількості у повітрі).

Розглядають також три тиски:

- абсолютний тиск суміші р, найчастіше – це атмосферний тиск;

- парціальний тиск пари р_п – це тиск, який чинила б пара на стінки цієї ж місткості та за цієї самої температури, якби сухе повітря із місткості видалити;

- парціальний тиск сухого повітря р_с.п.

За законом Дальтона р = р_с.п + р_п.

Мір співвідношення повітря та пари теж три:

- абсолютна вологість – це маса пари в 1 м³ суміші, вона дорівнює густині пари r_п, кг/м³, за парціального тиску р_п та t_с;

- вологовміст d, г/кг с.п. – це маса пари в 1 г, що припадає на 1 кг сухого повітря;

- відносна вологість φ – це відношення абсолютної вологості р_п до абсолютної вологості р_п.н, коли пара стає насиченою за таких самих t_с і р. Часто φ = 100 р_п / р_п.н %.

Ентальпію вологого повітря розраховують, як і d, на 1 кг с.п., тобто

H = h_с.п + 10^-3d×h_п,                                             (1)

де h_с.п , h_п, – ентальпія відповідно сухого повітря та пари, кДж/кг.

Ентальпія Н і вологовміст d – основні характеристики вологого повітря, потрібні для теплових розрахунків сушіння, кондиціювання, вентиляції, тому користуються Нd-діаграмою вологого повітря. З цієї можна визначити решту означених вище характеристик, якщо задано дві з них, а також багато корисної інформації щодо процесів тепломасообміну під час обробки або зберігання сировини та продуктів, включно із усиханням – втратою маси за рахунок випарювання з поверхні матеріалу.

Вологе повітря легше від сухого за однакових р і Т, оскільки з рівняння стану ідеального газу r = p/(RT), тобто густина обернено пропорційна газовій сталій, яка у пари менша, ніж у азоту та кисню. Суміш стає важчою за сухе повітря, якщо в ній містяться дрібні краплі води (туман) або кристали льоду (паморозь).

Між температурою вологого повітря t_с і тиском насичення пари р_н.п існує такий зв'язок

ln(p) = 23,5326 – 4020 / (t + 234,84)                                  (2)

для  t =  –6…+104 °C, dp = 0,15 %.

У проектних та інших технічних розрахунках беруть d = 10 г/кг с.п; p = 0,1 МПа. За цих умов ТФХ вологого повітря можна визначати за рівняннями регресії.

Густина r, кг/м³,

r = 348,4 / (t + 1,7×10^-6t² + 273,15)                                     (3)

для  t =  -50…+1200 °С; dr = 0,08 %.

Ізобарна теплоємність с_p, Дж/(кг·К),

c_p = (995000 + 403×|t|)^0,5                                             (4)

для  t = –50…+1200 °С; dс_р = 1 %.

Теплопровідність l, Вт/(м·К),

l×10³ = 15,784(t + 100)^{0,0575ln(t+100)} / (t + 100)^0,1715                (5)

для  t = 0…1200 °С; dl = 1 %.

Температуропровідність а, м²/с,

а×10⁶ = 7,06(t + 100)^{0,1228ln(t+100)} / (t + 100)^0,352                   (6)

для  t = 0…1200 °С; dа = 2 %.

Динамічна в’язкість µ, Па·с,

m×10⁶ = 8,4(t + 100)^{0,04042ln(t+100)} / (t + 100)^0,313                    (7)

для  t = 0…1200 °С; dm = 1 %.

Кінематична в’язкість n, м²/с,

n×10³ = exp[0,2068 – 8,64×10^-5ln²(t + 100) – 1,435×10^-2ln(t + 100)]^-1     (8)

для  t = 0…1200 ºС; dn = 3 %.

Число Прандтля

Рr×10³ = 700 + 3,17×10^-5(t + 100)² – 0,011(t + 100)            (9)

для  t = 0…1200 °С; dРr = 1,3 %.