Температура мокрого термометра

Процессы тепло - и массообмена между открытой поверхностью воды и потоком влажного воздуха распространены в природе и технике. С этими процессами приходится иметь дело в системах охлаждения электростанций, системах кондиционирования воздуха, системах жизнеобеспечения космических летательных аппаратов, а также в сушильных и вентиляционных установках.

В общем случае температура поверхности воды может быть как ниже, так и выше температуры окружающего влажного воздуха. Однако рассмотрим процесс испарения жидкости при условии, что в начале процесса температура воды равна температуре окружающего влажного воздуха, а слой жидкости достаточно тонкий (т.е. температура жидкости одинакова по толщине слоя). Количество же воздуха неограниченно. Из опыта известно, что парциальное давление пара в тонком слое, прилегающем к поверхности жидкости. Если при этом во влажном воздухе, окружающем поверхность воды, парциальное давление пара p_п окажется меньше давления насыщенного пара p_н , вода начнёт испаряться.

По мере испарения воды температура поверхности жидкости понижается, в то же время как разность температур окружающего воздуха и поверхности жидкости, а также количество теплоты, поступающее от воздуха к жидкости, возрастают. Понижение температуры воды прекратиться только тогда, когда количество внутренней энергии, расходуемое жидкостью от окружающего воздуха.

Температура поверхности жидкости, достигнутая в результате рассматриваемого процесса установления равновесия, называется температурой мокрого термометра (t_м). Эта температура измеряется термометром, чувствительный элемент которого обернут влажной тканью.

Температура мокрого термометра зависит от соотношения коэффициентами, характеризующими интенсивность процессов тепло – и массообмена, протекающих между поверхностью воды и влажным воздухом. Следует подчеркнуть, что для условий, в которых обычно протекают процессы во влажном воздухе, она близка к температуре адиабатного насыщения воздуха. Последняя устанавливается при насыщении ограниченного количества воздуха, находящегося в контакте с водой, если испарение воды происходит только за счёт количества теплоты, передаваемого состояния воздуха.

Уравнение теплового баланса влажного воздуха, находящегося в контакте с водой, можно представить в форме

h₂-h₁=c_жt_м(d₂-d₁), (12.28)

где индекс 1 соответствует начальным значениям энтальпии и влагосодержания, а индекс 2 – конечным. Правая часть этого уравнения определяется также изменение энтальпии испарившейся воды, приходящейся на 1 кг сухого воздуха, содержащегося во влажном воздухе. В пределах воздух в конечном состоянии будет насыщенным. Учитывая значение теплоёмкости воды и принимая начальное влагосодержание равным нулю, получим

h₁=h₂-4,19t_мd₂ (12.29)

где t_м – температура мокрого термометра.

Определение влажности воздуха по температурам мокрого и сухого воздуха

Относительная влажность воздуха является одним из основных его параметров, используемых в различных технических расчётах (например, выбор режима вентиляции и др.).

Применяют четыре способа определения относительной влажности воздуха: химический, точки росы, волосяного гигрометра и психрометрический. Наиболее распространённым способом является психрометрический.

Психрометр состоит из двух одинаковых термометров. Один из них называется сухим термометром, а его показания – температурой воздуха по сухому термометру. Второй термометр обернут мокрой лентой, обеспечивающей непрерывный подвод воды к ртутному шарику, для того чтобы его поверхность была всегда влажной. Этот термометр называют мокрым термометром. Испарение влаги с поверхности шарика приводит к его охлаждению, поэтому мокрый термометр всегда показывает более низкую температуру, чем сухой.

Разность показаний термометров называется психрометрической разностью. Однако температура t_м, показываемая мокрым термометром, вследствие теплопередачи к термометру извне не равна истинной температуре мокрого термометра обдувается воздухом, движущимся с достаточной скоростью. Это уменьшает влияние возможного излучения окружающих предметов на термометр. В современных психрометрах оба термометра заключены в заградительные кожухи, поверхности которых полированы. Воздух через кожухи продувается специальным вентилятором, имеющим механический или электрический привод.

Показания психрометра дают возможность по dh – диаграмме определить относительную влажность и влагосодержание влажного воздуха. Для этого необходимо определить точку 1 пересечения изотермы t_м (мокрого термометра) с изотермой t_с (сухого термометра). Эта точка на dh – диаграмме и определит состояние влажного воздуха в помещении.

Если имеются показания психрометра, то определить относительную влажность и влагосодержание d можно также по специальным психрометрическим таблицам.