Относительная влажность воздуха

Отношение действительного содержания водяного пара во влажном воздухе к максимально возможному содержанию его в том же объеме влажного воздуха при данной температуре называется относительной влажностью и обозначается через φ. Таким образом

. (8.2)

При величина ρ_макс представляет собой плотность сухого насыщенного пара при данной температуре, т.е. а, при – плотность перегретого пара при данной температуре t и давлении смеси р.

Выражению для φ можно придать более удобную форму, если считать, что водяной пар во влажном воздухе подчиняется законам идеальных газов вплоть до состояния насыщения.

Чтобы показать допустимость такого упрощения, определим связанную с ним погрешность для относительно высокой температуры t=60 °С.

Если рассматривать водяной пар как идеальный газ, то для состояния насыщения

Дж/кг.

С другой стороны, по таблице для сухого насыщенного пара

м³/кг.

Тогда Дж/кг.

Таким образом, относительная погрешность составляет

,

что вообще не выходит за пределы точности технических расчетов.

Погрешность получается еще меньше, если, как это обычно имеет место, водяной пар в воздухе перегрет, т.е. воздух находится в ненасыщенном состоянии. Еще меньшая погрешность получается для меньших температур влажного воздуха.

Таким образом, с достаточной для практики точностью можно считать, что водяной пар во влажном воздухе подчиняется законам идеальных газов, и в частности закону Бойля–Мариотта, согласно которым плотность газа изменяется прямо пропорционально его давлению. Следовательно, при

, (8.3)

а при

, (8.4)

где р – суммарное давление влажного воздуха.

Если ненасыщенный воздух, состояние пара в котором определяется точкой 1 (рис. 8.4), нагревать при постоянном давлении, то давление насыщения р_н будет увеличиваться, а, поскольку парциальное давление пара р_п остается неизменным, относительная влажность φ =р_п /р_н будет уменьшаться до тех пор, пока температура воздуха не достигнет t_нр, а давление насыщения р_н не станет равным р (точка 2). При дальнейшем нагревании и числитель и знаменатель формулы для φ, которая принимает вид φ =р_п/р, будут оставаться постоянными, а потому будет оставаться постоянной и относительная влажность.

Наоборот, если этот воздух охлаждать при постоянном давлении, то р_н будет уменьшаться, соответственно относительная влажность φ будет увеличиваться. При значении р_н=р_п получаем φ =1, т. е. воздух станет насыщенным. Дальнейшее охлаждение будет вызывать пересыщение и начнется конденсация пара, при которой влага будет выделяться из смеси в виде росы. В связи с этим температура, при которой у влажного воздуха с заданным парциальным давлением пара φ =1, называется температурой точки росы и обозначается через t_р. Очевидно, что температура точки росы тем выше, чем больше парциальное давление пара во влажном воздухе.

Экспериментально температура точки росы для влажного воздуха заданного состояния может быть определена с помощью прибора, называемого гигрометром. По ней из таблицы сухого насыщенного пара можно найти давление р_п, а по температуре влажного воздуха t из той же таблицы можно найти р_н. Это позволяет с достаточной во многих случаях точностью найти и относительную влажность по формуле (8.3).

Более точно относительная влажность определяется с помощью прибора, называемого психрометром.