Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием.Образование пара из одноименной жидкости происходит посредством испарения и кипения. Между данными процессами существует принципиальное различие.Испарение жидкости происходит лишь с открытой поверхности. Отдельные молекулы, имеющие большую скорость, преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают в окружающее пространство. Интенсивность испарения возрастает с увеличением температуры жидкости.Сущность кипения состоит в том, что генерация пара происходит в основном в объеме самой жидкости за счет испарения ее внутрь пузырьков пара.Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсациейПар какого-либо вещества, находящийся в динамическом равновесии с одноименной жидкостью, называется насыщенным паром.

Влажный пар – насыщенный пар, содержащий в себе одноименную жидкость в виде взвешенных мелкодисперсных частиц.
Сухой насыщенный пар – пар, не содержащий одноименной жидкости и имеющий температуру кипения t_H при данном давлении P_П.Индекс “н” при температуре обозначает насыщение (или кипение).
Перегретый пар – пар, температура которого превышает температуру кипения (t_П>t_Н) при данном давлении Р.

Рассмотрим характер и расположение изобар (процесс при постоянном давлении P=const) воды и водяного пара в Ts-диаграмме. Энтропия S является термодинамическим параметром состояния вещества.

Полагая, что изобары при любом давлении начинаются от температуры тройной точки А (рис. 1а), равной Т=273,15 К, энтропию S для всех давления можно приближенно принять равной нулю. В Ts-диаграмме (рис. 1а) изобара нагрева воды, парообразования и перегрева пара соответствует кривой АА₁В₁Д₁. Выделим характерные участки. На участке АА₁ происходит нагрев воды при постоянном давлении. В точке А₁ вода кипит, имея температуру насыщения (кипения) Т при данном давлении. В области влажного пара (участок А₁В₁) температура постоянна и равна температуре насыщения, изобара расположена параллельно оси энтропии S. В точке В₁ – сухой насыщенный пар при данном давлении. На участке В₁Д₁ – перегретый пар. Температура перегретого пара Т больше температуры насыщения Т при данном давлении.

Представим целую систему изобар (Р₂>Р₁; Р₃>Р₂) в диаграмме (рис. 1б). Соединим точки А₁; А₁’; А₁’’ кипения воды при соответствующих давлениях Р₁, Р₂, Р₃ и получим левую пограничную кривую АК. Соединив точки В₁, В₁’, В₁’’ сухого насыщенного пара при давлении Р₁, Р₂, Р₃ – правую пограничную кривую КВ. Параметры критической точки К для воды – давление Ркр=22,1 Мпа, температура Ткр=647,3 К. в критической точке отсутствует граница раздела – мениск между жидкой и газообразной фазой.

Пограничные кривые АК и КВ делят диаграмму на три части:

• влево от АК располагается область жидкости I;


• под пограничной кривой АКВ – область водяного пара II;


• вверх от точки К и вправо от КВ – область перегретого пара III.

Давление влажного воздуха определяется по закону Дальтона (1,4,5):

Р=Рв+Рп, (1)

влажный воздух PV=MRT; (2)

сухой воздух P_BV=M_BR_BT; (3)

водяной пар Р_ПV=M_ПR_ПТ, (4)

где V – объем влажного воздуха, м³; М, М_В, М_П – масса соответственно влажного, сухого воздуха и водяного пара, кг; R, R_В, R_П – газовая постоянная соответственно влажного, сухого воздуха и водяного пара, кДж/(кг× К); Т – абсолютная температура влажного воздуха, К.

Абсолютная влажность воздуха – количество водяного пара, содержащееся в 1 м³ влажного воздуха. Она обозначается через r _П и измеряется в кг/м³ или г/м³. Иначе говоря, она представляет собой плотность водяного пара в воздухе: r _П=Р_П/(R_ПТ). Очевидно, что r _П=М_П/V, где V – объем влажного воздуха массой М.

Относительной влажностью воздуха j называется отношение абсолютной влажности воздуха в данном состоянии к абсолютной влажности насыщенного воздуха (r Н) при той же температуре: , (5)

для идеальных газов отношение плотностей можно заменить отношением парциальных давлений водяного пара , (6)

где Р_Н – давление насыщенного водяного пара при данной температуре влажного воздуха, определяется по таблице Приложения II.

Можно отметить два характерных состояния воздуха по величине j :
j <100 %, при этом Р_П<Р_Н и водяной пар перегретый, а влажный воздух ненасыщенный;
j =100 %, при этом Р_П=Р_Н и водяной пар сухой насыщенный, а влажный воздух насыщенный.
Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал сухим насыщенным, называется температурой точки росы t_Н.

Впервые hd - диаграмма для влажного воздуха была предложена проф. Л.К. Рамзиным. В настоящее время она применяется в расчетах систем кондиционирования, сушки, вентиляции и отопления.

а) принцип построения; б) диаграмма

Линии d=const идут в виде прямых параллельных оси ординат, т.е. вертикально. Кроме того, на hd.-диаграмме наносят изотермы t_С=const, t_M=const (штриховые линии на диаграмме) в линии постоянных значений относительной влажности (начиная от. j =5% до j =100%). Линии постоянных значений относительной влажности j =const строят только до изотермы 100° , т. е. до тех пор, пока парциальное давление пара в воздухе Р_П меньше атмосферного давления Р. В тот момент, когда Р_П станет равным Р, эти линии теряют физический смысл, что видно из уравнения (10), в котором при Р_П=Р влагосодержание d=const.

Так как при j =100% показания сухого и мокрого термометров одинаковы, t^C=t_M, то изотермы t_C=t_M=const пересекаются на линии j =100%..

Чтобы найти на диаграмме точку, соответствующую состоянию данного влажного воздуха, достаточно знать два его параметра из числа изображенных на диаграмме. При проведении эксперимента целесообразно использовать те параметры, которые проще и точнее измеряются в опыте. В нашем случае такими параметрами являются температура сухого и мокрого термометров.

Зная эти температуры, можно найти на диаграмме точку пересечения соответствующих изотерм. Найденная таким образом точка определит состояние влажного воздуха и по hd - диаграмме можно определить все остальные параметры воздуха: влагосодержание - d; относительную влажность - j , энтальпию воздуха - h; парциальное давление пара – Р_П, температуру точки росы – t_М.