Значения по умолчанию: t = 20 °С, P = 101 325 Па, относительная влажность RH = 60%.
Методика применима только для положительных значений температур!
Навык Алисы "Свойства влажного воздуха" позволяет находить параметры влажного воздуха в диапазоне температур от минус 100 C до плюс 200 C.
Значения температуры и давления насыщения пара вычисляются по формулам IAPWS-IF 97.
Температура точки росы соответствует температуре насыщения пара при давлении [относительная влажность]*[давление насыщения пара при температуре окружающей среды].
Плотность влажного воздуха ro_wa = ro_da+ro_v, где ro_da - плотность сухого воздуха, ro_v - плотность пара;
ro_v = P_v/(t+273,15)/R_v, где P_v - парциальное давление пара, t - температура окружающей среды (в градусах Цельсия), R_v = 461,495 Дж/кг/К - газовая постоянная пара;
P_v = P_vsat * RH, где P_vsat - давление насыщения пара при температуре окружающей среды t, RH - относительная влажность воздуха;
ro_da = P_da/(t+273,15)/R_da, где P_da - парциальное давление сухого воздуха, R_da=287,058 Дж/кг/К - газовая постоянная сухого воздуха;
P_da = P - P_v, где P - атмосферное давление.
Влагосодержание воздуха в г/(кг сухого воздуха) d = ro_v/ro_da*1000.
Температура мокрого термометра - минимальная температура до которой возможно охладить воздух с помощью адиабатического охлаждения (охлаждение воздуха путём распыления в объёме воздуха воды с её последующим испарением за счёт теплоты воздуха).
Адиабатическое охлаждение воздуха достигается за счёт использования тепловой энергии воздуха для испарения воды, при котором явная теплота воздуха переходит в скрытую теплоту парообразования водяного пара. Так как тепловая энергия, переданная от воздуха к воде и затраченная на её испарение, снова возвращается в воздух в виде скрытой теплоты парообразования, энтальпия влажного воздуха в этом процессе остаётся неизменной. При этом количество влажного воздуха увеличивается за счёт поступающего в него водяного пара. Таким образом удельная энтальпия влажного воздуха уменьшается, неизменной остаётся энтальпия отнесённая на килограмм сухого воздуха.
Относительная влажность воздуха RH = p_пар/p_нас, где p_пар - парциальное давление водяного пара в воздухе, p_нас - давление насыщенного водяного пара. При уменьшении температуры влажного воздуха давление насыщенного водяного пара так же уменьшается, что приводит к увеличению относительной влажности. При поступлении в воздух дополнительного количества водяного пара парциальное давление водяного пара увеличивается, что приводит к увеличению относительной влажности воздуха. Таким образом, при испарении воды относительная влажность воздуха увеличивается как по причине снижения его температуры так и из-за поступления в него дополнительного количества водяного пара. Процесс испарения воды останавливается после достижения величины относительной влажности воздуха значения 100%.
При определении температуры мокрого термометра по температуре сухого термометра и его относительной влажности предполагается, что температура вступающей в контакт с воздухом воды равна температуре мокрого термометра, т.е. температура воды в процессе адиабатического охлаждения воздуха не изменяется, вся теплота передаваемая от воздуха воде идёт на парообразование.
Для определения значения температуры мокрого термометра сначала нужно найти h - значение энтальпии на кг сухого воздуха при заданных параметрах окружающей среды (атмосферное давление, температура сухого термометра, относительная влажность). Температура мокрого термометра t_w – это температура, при которой воздух с относительной влажностью 100% будет иметь значение h.
Формула для определения энтальпии воздуха в кДж/(кг сухого воздуха): h = (1,006 кДж/кг/C) t + d [(1,84 кДж/кг/C) t + (2501 кДж/кг)], где 1,006 кДж/кг/C - теплоёмкость сухого воздуха; d - влагосодержание, кг/(кг сухого воздуха); 1,84 кДж/кг/C - теплоёмкость пара; 2501 кДж/кг - скрытая теплота парообразования.
Первое приближение значения мокрого термометра можно притять t_w=0,75*t. Для t_w находим h_w, если h_w больше h, то значение t_w нужно уменьшить, если меньше - увеличить. Продолжаем подбор t_w до того момента как h_w приблизется к h с заданной точностью.
Точность расчёта значения температуры мокрого термометра в данном случае зависит от точности использованной формулы расчёта значения энтальпии влажного воздуха на кг сухого воздуха.
Инженерные расчёты на Python, С.В. Медведев, 2020-2023
Использование Python и Jupyter Notebook для инженерных расчётов, С.В. Медведев, 2020-2023