Влажный воздух. Состав и свойства - Бурцев С.И.
ISBN 5-89565-005-8
Скачать (прямая ссылка):
г мах
= 6,7-Ю-10 м) и при дальнейшем уменьшении радиуса капли пересыщение снова падает.
88 * *хс* ********** 4.4. Гетерогенная смесь влажного воздуха **************
Рис. 4.1. Зависимость равновесного пересыщения пара у поверхности капли воды от её радиуса: 1 - незаряженная капля;
2 - капля с единичным зарядом
Следовательно, незаряженные капли не могут существовать в ненасыщенном влажном воздухе, тогда как заряженные капли могут быть при S=IhScLB присутствии газовых ионов мелкие капли не испаряются, даже если влажный воздух не является насыщенным. Однако эти капли не могут вырасти до больших размеров, так как увеличение радиуса капли возможно лишь при S > 1 (участок AB кривой 2). В случае создания необходимого перенасыщения водяного пара и прохождения состояния, характеризуемого точкой В, пар начнёт конденсироваться на каплях, и их размеры будут увеличиваться (кривая ВС). Чем больше становится капля, тем меньше давление насыщенного пара над ней и тем меньше пересыщение, при котором растёт капля.
В атмосферном воздухе содержатся ядра конденсации радиусом IO-8 - IO-6 м. В соответствии с уравнением Кельвина, конденсация водяного пара на поверхности ядер конденсации, т. е. образование тумана, наступает при пересыщении S = 1,001 ... 1,12. Если же учесть, что ядра конденсации часто бывают заряжены, то конденсация пара будет иметь место при более низком пересыщении.
89 ************************* 4. Влажный воздух *************************
Численная концентрация ядер конденсации в атмосферном воздухе, т. е. количество ядер в 1 м3, зависит от очень многих факторов - географического района, метеорологических условий, времени года, промышленных выбросов и т.д.
В табл. 4.2 приведены значения средней численной концентрации ядер конденсации в атмосферном воздухе различных местностей. Отклонения от среднего значения могут быть значительными и составлять один или два порядка.
Таблица 4.2
Концентрация ядер конденсации
Местность Средняя численная концентрация, м 3
Большой город 1,5-Ю10
Небольшой город 3,4-Ю10
Сельская местность IO10
Острова IO10
Океан IO9
В зависимости от чистоты воздуха численная концентрация ионов изменяется примерно следующим образом:
В обычном В чистом
воздухе воздухе
Лёгкие ионы, м-3.................... несколько сот несколько тысяч
Средние ионы, м-3.................. до IO10 менее IO8
Тяжёлые ионы, м-3................. до 5-Ю10 0
Лёгкие ионы несут единичный заряд. В результате соединения легких ионов со взвешенными в воздухе твёрдыми и жидкими частицами образуются средние и тяжёлые ионы, причём частицы
_о
радиусом менее 10 м приобретают элементарный заряд, а крупные частицы - несколько зарядов.
Гомогенная конденсация водяного пара происходит на самопроизвольно возникающих в результате флуктуации молекул пара зародышах во влажном воздухе, освобождённом от ионов и взвешенных частиц, при значительном пересыщении пара.
При флуктуационных сгущениях молекул размер первичных ядер конденсации составляет 10~9 м. Такой влажный воздух может быть получен только искусственным путём после специальной очистки.
90 * *хс* ********** 4.4. Гетерогенная смесь влажного воздуха **************
Скорость образования зародышей I для практических расчётов может быть определена по формуле [13]
7 = 0,562 10
26«
P
\Tj
\2
(Mc)0'5 ехр
1-3g з+2g
-1
в которой величины А и g определяются из выражений
Л =
17,610
15
In 2S
(м) I ^0I
IP J UJ
и g =
35,2-Ю
15
In3 5
(M) І
IpJ LrJ
В вышеприведённых формулах приняты следующие обозначения: I - скорость образования зародышей; а - коэффициент конденсации, а = 0,04; р - плотность воды; р - давление водяного пара; T - температура, К; M- масса 1 киломоля воды; а - коэффициент поверхностного натяжения.
При гомогенной конденсации водяного пара под критическим пересыщением Skp понимают такое пересыщение, при котором скорость образования зародышей в единице объёма и в единицу времени, способных к дальнейшему росту, I=XO6 м_3-с-1. Такое допущение является условным, так как процесс образования зародышей происходит и при I < IO6, но скорость этого процесса мала. В табл. 4.3 приведены данные по скорости образования зародышей при гомогенной конденсации в зависимости от пересыщения пара. Так, при S = 3,4 величина / = 106 м~3-сч, а при S = 3,6 величина I = 1,2-108 м-3-с-1, т. е. скорость образования зародышей увеличилась в 120 раз.
Таблица 4.3
Зависимость скорости образования зародышей от пересыщения
при T= 293 К
3,2 1,2-102
3,4 1,0-IO6
3,6 1,2-Ю8
3,8 9,9-IO9
4,0 3,6-Ю11
4,2 8,9-Ю12
4,4 1,3-1014
91 ************************* 4. Влажный воздух *************************
4.4.2. Характеристики тумана
К числу основных характеристик тумана относят:
- дисперсность;
- численную концентрацию;
- массовую концентрацию.
Дисперсность тумана определяется размером капель, из которых он состоит. Если радиус капель одинаковый, то такой туман называют монодисперсным.
