Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Уравнение состояния влажного воздухаВлажный воздух представляет собой механическую смесь сухого воздуха и водяного пара. Поскольку критическая температура водяного пара (Ткр =374 °С) выше наблюдаемых в атмосфере температур, то он в реальных условиях атмосферы может переходить в жидкое и твердое состояния (конденсироваться). Теория фазовых переходов водяного пара детально рассматривается в разделе IV. Здесь отметим только, что условие Т < Ткр необходимо, но недостаточно для перехода пара в жидкое и твердое состояния. Для начала конденсации водяного пара необходимо также, чтобы он достиг состояния насыщения. Поскольку реально наблюдаемые температуры в атмосфере ниже критической температуры водяного пара, его физические свойства, вообще говоря, могут отличаться от свойств идеального газа. Однако экспериментальным путем установлено, что физические свойства водяного пара практически близки к свойствам идеального газа. По этой причине уравнение состояния водяного пара с достаточной степенью точности можно записать в виде
где е — парциальное давление водяного пара; vn — удельный объем; Rп— удельная газовая постоянная водяного пара:
μп = 18,015 кг/кмоль — относительная молекулярная масса водяного пара. Для того чтобы показать, насколько удовлетворительно уравнение (1.4.1) выполняется и для насыщенного водяного пара, приведем значения Rп, рассчитанные по уравнению (1.4.1) на основе измеренных значений температуры Т, давления насыщенного пара Е и удельного объема v п:
Из этих данных видно, что, строго говоря, водяной пар по своим свойствам отличается от идеального газа, поскольку Rп не постоянна. Однако в пределах 0—40 °С экспериментальное значение Rп практически совпадает с теоретическим (461 Дж/(кг -К)). Это говорит о том, что в данном интервале температур с достаточной степенью точности уравнение (1.4.1) может служить уравнением состояния как ненасыщенного, так и насыщенного водяного пара. Перейдем к выводу уравнения состояния влажного воздуха. Для этого выделим в атмосфере 1 г влажного воздуха. Пусть в нем содержится s г водяного пара и (1 - s) г сухого воздуха. Обозначим через v п, v c и v удельные объемы водяного пара, сухого и влажного воздуха соответственно. Сухой воздух и водяной пар равномерно распределены по всему объему влажного воздуха и полностью занимают этот объем. Поскольку v — объем водяного пара и (1 - s) г сухого воздуха, то удельные объемы водяного пара и сухого воздуха соответственно равны:
Примем следующие обозначения: р — общее давление; Т — температура, одинаковая для водяного пара, сухого и влажного воздуха; е — парциальное давление водяного пара; (р - е) — парциальное давление сухого воздуха. Уравнением состояния водяного пара служит уравнение (1.4.1). Уравнение состояния сухой части воздуха имеет вид
Составим отношение:
Или
Подставим в уравнения (1.4.1) и (1.4.3) значения удельных объемов в соответствии с (1.4.2) и удельной газовой постоянной водяного пара в соответствии с (1.4.4):
Сложив уравнения (1.4.5) и (1.4.6), получим уравнение состояния влажного воздуха:
которому можно придать два различных вида в зависимости от того, отнесен ли множитель (1 + 0,608s) к удельной газовой постоянной Rc или к температуре Т. Если ввести удельную газовую постоянную влажного воздуха
то уравнение (1.4.7) примет вид
Удельная газовая постоянная R в этом уравнении — величина переменная, зависящая от влажности воздуха s. В метеорологии множитель (1 + 0,608s) обычно относят к температуре, вводя понятие виртуальной температуры
Нередко виртуальную температуру представляют в виде суммы:
где ∆T v — виртуальный добавок. Из сравнения последнего выражения с (1.4.9) следует:
Если водяной пар находится в состоянии насыщения, то ∆T v при данных Т и р достигает наибольшего значения
которое при фиксированном р является функцией одной лишь температуры. При р = 1000 гПа максимальный виртуальный добавок ∆T vт имеет следующие значения:
Из этих данных вытекает, что виртуальный добавок, а соответственно и роль влажности в изменении плотности воздуха малы при низких температурах и достаточно велики при высоких. С введением виртуальной температуры уравнение состояния влажного воздуха принимает вид
Если в (1.4.11) ввести плотность влажного воздуха p = l/ v, то уравнение состояния влажного воздуха примет вид
Из сравнения уравнения (1.4.12) с уравнением (1.3.8) следует, что при одинаковых температуре и давлении плотность влажного воздуха всегда меньше плотности сухого воздуха. Физически это объясняется тем, что в состав влажного воздуха входит более легкий по сравнению с сухим воздухом водяной пар, который вытесняет часть сухого воздуха.
|