4.1.1 Общие сведения

Воздух наиболее распространенный газ в природе. Воздух имеет множество применений в промышленности, транспорте, системах жизнеобеспечения и т.д. Воздух используется при различных давлениях: от разрежения (системы пневмотранспорта) до небольшого избыточного давления (вентиляция, кондиционирование, дутьё), среднего давления (пневмосистемы промышленных предприятий) и высокого давления (химия, двигатели внутреннего сгорания).

Атмосферный воздух – это естественная смесь газов, составляющая земную атмосферу. Воздух является источником кислорода, необходимого для существования живых организмов. Сжиганием топлив в среде воздуха человечество получает необходимое для жизни и производственной деятельности тепло. Воздух – важнейший и неисчерпаемый источник химического сырья.

Стандартный состав: N – 78%;O – 20,9%;Ar – 0,9%;CO2 – 0,03%. Воздух не только в атмосфере, но и проникает в почву, составляет от 10 до 30% её объема, растворен в водах Мирового океана, рек и озер.

В индустриальных зонах, в крупных городах, вблизи предприятий металлургической и химической промышленности состав воздуха может включать углекислый газ и другие газообразные выбросы и примеси.

Очень важной характеристикой воздуха для его технического применения является влажность, т.е. содержание в нем паров и капель воды. Атмосферный воздух всегда влажный. Почему?

Влагооборот на Земле – непрерывный процесс перемещения воды в оболочке Земли, сопровождающийся ее фазовыми преобразованиями. При этом происходят следующие процессы: главным образом испарение, перенос водяного пара, конденсация образования облаков; выпадение осадков, инфильтрация в грунт, стоки.

 

Вода испаряется с поверхности водоемов, почвы, растительности и поступает в атмосферу в виде пара, где он путем турбулентной диффузии распространяется вверх, а затем воздушными  течениями разносится в различные места на планете. Воздух всегда влажный в той или иной мере.

При понижении температуры влажного воздуха водяной пар конденсируется, переходя в жидкое или твердое состояние, образуются облака и туманы. Осадки выпадают, круговорот воды продолжается.

Общее количество воды на Земле постоянно, среднее влагосодержание атмосферы также постоянно, т.е. осадки равны испарениям в целом, но по областям по разному, в зависимости от атмосферных условий. Содержание водяного пара в воздухе в среднем равно 0,2% по объему, а в тропиках достигает 2,5 %. На каждый 1 м2 поверхности Земли приходится около 28,5 кг водяного пара.

Точка росы – температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы достичь состояния насыщения водяным паром при данном влагосодержании и неизменном давлении. При этом в объеме воздуха или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара. Точка росы – одна из характеристик влажного воздуха.

Если относительная влажность меньше 100 %, то точка росы всегда ниже фактической температуры воздуха, и тем ниже, чем меньше относительная влажность.

При насыщении, т.е. когда  =100 %, фактическая температура совпадает с точкой росы.

Для tатм =15оС:

, %       100         80           60           40

tт.р, 0С  15           11,6        7,3          1,5

Практически всегда воздух в той или иной мере содержит влагу в виде равномерно распределенных по объему частичек жидкости различных размеров. Жидкость в газах может быть в виде капельной влаги, аэрозоли, тумана, паров, крупных молекул (рис. 4.2).

Количество влаги, присутствующей в воздухе, характеризуется следующими величинами:

влагосодержанием – масса влаги в граммах, приходящаяся на 1 кг сухого воздуха: d = mв.п/mс.в, г/кг;

абсолютной влажностью абс – масса водяного пара, содержащаяся в 1м3 влажного воздуха, г/м3;

относительной влажностью  - отношение действительного количества влаги в воздухе к максимально возможному при данных параметрах (давлении, температуре), выраженное в процентах.

В каждый момент времени при данной температуре в воздухе содержится определенное количество влаги. Избыток влаги выпадает из воздуха в виде росы независимо от величины давления воздуха. Значения абсолютной влажности насыщенного атмосферного воздуха абсs для различных температур приведены в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1 – Абсолютная влажность насыщенного атмосферного воздуха при  =100% (для определения температуры точки росы)

t, 0С       абс s, г/м3         t, 0С       абс s, г/м3         t, 0С       абс s, г/м3         t, 0С       абс s, г/м3

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10          0,105

0,177

0,292

0,473

0,699

1,114

1,597

2,391     -5

0

5

10

15

20

25

30           3,479

4,903

7,020

9,731

13,252

17,3

23,0

30,0        35

40

45

50

55

60

65

70           39,0

51

65

83

104

130

161

198         75

80

85

90

95

100

-

-              242

293

353

423

504

597

-

-

Например, если температура всасываемого воздуха 30°С при относительной влажности =80%, то абсолютная влажность воздуха равна

абс = абс s   = 30,0  0,8 = 24 г/м3.

Влагосодержание воздуха определяется с учетом плотности воздуха:

d = абс/ = 24/1,127 = 21,29 г/кг.

Параметры сжатого влажного воздуха: влагосодержание и объем, определяют в зависимости от температуры и давления по психометрическим таблицам, графикам или измеряют специальными приборами.

При сжатии воздуха происходит уменьшение его объема, и влагосодержание его повышается. На рис. 4.3 приведены диаграммы для определения влагосодержания сжатого воздуха в состоянии насыщения ( =100%) при различных давлениях. Если, например, винтовой компрессор всасывает атмосферный воздух при  =80% и сжимает его до 8 кгс/см2 и 80 °С, то влагосодержание насыщенного сжатого воздуха из диаграммы на рис. 4.3 равно ds = 40 г/кг, а ис¬тинное влагосодержание его равно d = ds   = 40  0,8 = 32  г/кг.