Влажный воздух. Состав и свойства - Бурцев С.И.
ISBN 5-89565-005-8
Скачать (прямая ссылка):
Процесс 1-2'
JL
прим
Лёд
р = 0,26 кПа
Процесс 2-3"
Точка 2'
rXrr
1|111П111[1
** * *-¦
Лёд, начало сублимации
Лёд, пар
Точка 3"
Zi
Сухой насыщенный пар, конец сублимации
Процесс
34"
Pl.....
ИИМ'ИИИ
O0O 0O0
S2&.
Перегретый пар
Рис. 3.3. Схематическое изображение процессов изменения состояния воды
при различном давлении
54 ні***ні****ж******** 3.2. Фазовые диаграммы для воды ******************
Для влажного воздуха, как указывалось ранее, интерес представляет диапазон температур от минус 50 до 50°С, что соответствует давлениям насыщения рн = 0,0039 кПа и рн = 12,33 кПа. Эта область охватывает все возможные фазы воды: твёрдую, жидкую и газообразную.
Представленная на рис. 3.1 фазовая p-t-диаграмма построена в предположении, что поверхность раздела фаз между водой и паром является плоской.
3.2.2. Влияние кривизны поверхности раздела фаз на
давление насыщения
Равновесное давление насыщенного водяного пара зависит не только от температуры, но и от радиуса кривизны поверхности раздела фаз гкр. Примером такого раздела фаз может служить капельная влага, находящаяся во взвешенном состоянии в воздухе, например, туман, или капиллярная влага, свободная поверхность которой принимает форму, обусловленную силами поверхностного натяжения и взаимодействия со стенками капилляров. В зависимости от смачиваемости стенок капилляра поверхность мениска может быть вогнутой или выпуклой (рис. 3.4).
_
- _
¦ -
1ф >0 2 - ... • -
-X - 1 4^:' -
I- - -- \ - >к P = - -
J-- -. і -- - ¦ • -- ---
- .. -"N -- -"U Y- ? - - -| --
-- _ --1 ¦ —— <0 .- : - ~ — - - -
- •— V. -- "—- ; _ - - - -
- _ - - - _ - -
-- - - _ *- - _ _
Рис. 3.4. Радиус кривизны поверхности раздела фаз
55 +***********************************************************************
Зависимость давления насыщения водяного пара от кривизны поверхности определяется уравнением Кельвина
In
РГщ> _ 2GM
PH ^TVKP (р'-р")'
где: рг - давление насыщенного водяного пара над поверхностью с радиусом кривизны гкр; Ри- давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью; о - коэффициент поверхностного натяжения; R - универсальная газовая постоянная; M - масса 1 кмоляводы; Г-температура; р'-плотность воды; р"-плотность пара.
Если учесть, что р' » р", и подставить числовые значения величин р', Ми R, то получим следующее выражение:
^ = ^^(4,3610"6-^-).
1 Гкр
Для выпуклой поверхности радиус кривизны гкр > 0, для вогнутой поверхности Гкр < 0, а для плоской поверхности Гкр = 00.
Значения коэффициента поверхностного натяжения а в зависимости от температуры приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Коэффициент поверхностного натяжения а, Н/м, для воды [11]
атура t,° С Коэффициент поверхностного натяжения ст, Н/м
0 0,0755
10 0,0744
20 0,0729
30 0,0712
40 0,0695
50 0,0678
Отношение Pr Ph принято называть пересыщением пара и
обозначать буквой 5, хотя и очевидно, что пересыщенным пар будет только при S > 1. При 5=1 пар является насыщенным, а при S < 1 - ненасыщенным, т. е. перегретым.
56 ні***ні****ж******** 3.2. Фазовые диаграммы для воды ******************
В табл. 3.3 приведены значения давления насыщенного водяного пара над поверхностью воды с радиусом кривизны Гкр > величина пересыщения S и разность давлений р - р при T= 293,15 К
Oh = 2,23368 кПа) и a = 72,9 Н/м.
Таблица 3.3
Давление насыщенного пара над поверхностью с радиусом кривизны
Радиус кривизны Пересыщение Давление насыщенного Разность давлений
Гкр. м пара S пара , кПа
ПР 8,741 19,5246 17,29
МО"9 2,9565 6,6039 4,37
5-Ю"9 1,2421 2,7745 0,541
1-Ю"8 1,1145 2,4894 0,2557
1-Ю-7 1,0109 2,2579 0,02422
1-Ю"6 1,0011 2,2361 0,00242
1-Ю"5 1,00011 2,2339 0,00022
1-Ю-4 1,000011 2,2337 0,00002
1-Ю"3 1,0000011 2,233682 0,000002
-МО-3 0,999999 2,233678 - 0,000002
-МО"4 0,99999 2,23366 - 0,00002
-1-Ю"5 0,9999 2,23346 - 0,00022
-1-Ю"6 0,9989 2,2312 - 0,00248
-1-Ю"7 0,9892 2,2096 -0,0241
-МО"8 0,8997 2,0096 -0,2241
-5-Ю-9 0,8051 1,7983 - 0,4354
-МО-9 0,3382 0,7554 - 1,4783
-5-Ю-10 0,1144 0,2555 - 1,9782
Данные, приведённые в табл. 3.3, особенно для капель очень малого радиуса, следует рассматривать как ориентировочные, так как с уменьшением радиуса капли коэффициент поверхностного натяжения с также уменьшается, но достоверных данных [13] о зависимости с = /(гкр) в литературе нет.
Из приведённых в табл. 3.3 данных видно, что пересыщение пара над выпуклой и недосыщение пара над вогнутой поверхностями становится особенно заметным при гкр < ±10-7м. Однако следует отметить, что и весьма незначительное изменение значения S существенно влияет на процессы конденсации и испарения.
57 +***********************************************************************
3.2.3. Фазовая s-t-диаграмма
Как указывалось ранее, вода обладает аномальными свойствами, поэтому расположение её изобар отличается от расположения изобар нормальных жидкостей.
