Общие сведения. Единицы измерения влажности газов.

В гигрометрии объектами измерения являются содержащие вла­гу (влажные) газы, воздух и газовые смеси. Влажный незагрязнен­ный воздух можно рассматривать как бинарную смесь сухого воз­духа и водяного пара, для которой характерны изменения содержа­ния водяного пара в очень широких пределах (для атмосферного воздуха от 2*10^-6 до 4—5% объемных). Критические температуры Тк всех газов, входящих в состав атмосферного воздуха, очень низки. Как известно, при температуре выше критической (Т~>Т_К) газ может находиться только в газообразном состоянии при любых значениях давления. Чем выше температура газа по сравнению с критической и чем меньше его давление по сравнению с давлением насыщения, тем ближе газ по своим физическим свойствам к идеальному газу. Поэтому при обычных температурах и давлениях влажные газовые смеси и воздух, а также их компоненты с точностью, достаточной для большинства практических задач, подчиняются законам идеаль­ных газов:

а) Закону парциальных давлений Дальтона:

где р — общее давление газа; k — общее число компонентов смеси идеальных газов; р_i — парциальное давление i-го компонента.

Согласно этому закону полное (барометрическое) давление воз­духа:

р= р_с +е,

где р_с, е — парциальные давления, соответственно сухого воздуха и водяного пара.

б) Уравнению состояния идеального газа:

р_iV_i= R_iT_i

где р_i, V_i, T_i — давление, объем и термодинамическая температура (°К) газа; R_i— удельная газовая постоянная i-го газа.

Удельная газовая постоянная связана с универсальной газовой постоянной R соотношением R_i=R/M_i (M_i — молекулярная масса i-го газа). Значения удельной газовой постоянной равны: для сухого воздуха R_c = 287 м²/(сек²∙град), для водяного пара R_П = 461 м²/(сек²∙ град), для влажного воздуха R_В зависит от его влаж­ности.

В действительности воздух и газовые смеси представляют собой неидеальные газы, отклонение свойств которых от свойств идеального газа в общем увеличивается с понижением температуры и повыше­нием давления.

Для количественной оценки влажности газов исполь­зуется целый ряд характеристик, причем в определенных областях науки и техники находят преимущественное применение те или иные из них. Гигрометрические ха­рактеристики можно разделить на следующие группы:

2.1 Величины, характеризующие концен­трацию водяного пара.

Абсолютная влажность а, т. е. масса водяного па­ра, содержащаяся в единице объема газа; обычно а вы­ражают в г/м³. Абсолютная влажность имеет тот же физический смысл, что и плотность водяного пара р_п, выражаемая обычно в г/см³.

Упругость или парциальное давление водяного пара е, выражаемое в единицах давления —в мм рт. ст., а в метеорологии — в миллибарах.

2.2 Характеристики влажностных отно­шений.

Влагосодержание (отношение смеси) d, т. е. отно­шение массы водяного пара к массе сухого газа в том же объеме, выраженное в безразмерных единицах (г/г или кг/кг). Эту величину можно также рассматривать как отношение плотности водяного пара к плотности су­хого газа в одинаковых условиях. Реже используется от­ношение массы водяного пара к массе влажного газа, именуемое удельной влажностью. Эта величина, обозна­чаемая q, выражается в тех же единицах, что и влаго­содержание d.

Объемное влагосодержание х, равное отношению объема водяного пара к объему газа. Эту безразмерную величину можно выразить по отношению к объему сухо­го или объему влажного газа; в первом случае будем ее обозначать через х₀, во втором - х.

Влагосодержание и объемное влагосодержание исполь­зуют для характеристики весьма малых содержаний во­дяного пара. В этом случае удобной единицей измере­ния является миллионная доля (м. д. — международное обозначение ppm): 1 м. д. = 10^-6= 10^-4%. В иностранной литературе эту единицу измерения влагосодержания ча­сто обозначают ppm_w (м. д. массовая), а долю объемно­го влагосодержания — ppm_v (м. д. объемная).

Молярная доля водяного пара s, равная отноше­нию числа молей водяного пара к общему числу молей влажного газа.

Дата добавления: 2015-07-25