Влажный воздух. Состав и свойства - Бурцев С.И.
ISBN 5-89565-005-8
Скачать (прямая ссылка):
При разном диаметре капель туман является полидисперсным.
Размер капель тумана изменяется в широких пределах - от
5-Ю-10 -10-9м до Ю-5 -10_4м [13]. Для природного тумана, согласно [18], дисперсность, или средний радиус капель, находится в пределах 7-15 мкм.
Численную концентрацию тумана, т. е. число капель воды в единице объёма влажного воздуха, обычно обозначают N. Единица -метр в минус третьей степени при нормальных условиях.
В атмосферном воздухе слабый туман наблюдается при
N- 0,5-IO8... 1-1 O8 м-3, густой туман-при N = 0,5-IO8... 6-IO8M-3.
Как в природе, так и в лабораторной практике, численная концентрация тумана изменяется во времени. В период образования зародышей она повышается вследствие образования новых капель и одновременно уменьшается в результате коагуляции. После прекращения процесса образования новых капель численная концентрация начинает непрерывно уменьшаться вследствие коагуляции, осаждения и испарения капель.
Каждой скорости образования зародышей I соответствует строго определённая предельная численная концентрация [13]
Время т, в течение которого Nnpea достигает постоянного значения, выражается уравнением
где K0 - константа коагуляции, K0 ~ 10
-10
92 * *хс* ********** 4.4. Гетерогенная смесь влажного воздуха **************
Массовая концентрация тумана, т. е. масса капель в единице объёма влажного воздуха, обозначается величиной G. Единица -килограмм на метр в минус третьей степени.
Массовая концентрация тумана [13]
G = -^(S-I).
RnT
В большинстве случаев массовая концентрация тумана невелика, поэтому теплота конденсации, выделяющаяся при образовании частиц тумана, мала и её можно не учитывать.
3 /3
Для природного тумана G = (0,05 ...1)10 кг/ м , для облаков G = (0,2 ...5)-10_3кг/м3.
Между дисперсностью, численной и массовой концентрациями существует зависимость, определяемая формулой [13]:
' 3G ЇІ
г =
4npN
где г - средний радиус капель.
Скорость осаждения капель тумана зависит от многих факторов - скорости движения воздуха и коагуляции капель, их размера и др.
О стоксовой скорости осаждения капель можно судить по следующим данным:
Радиус Скорость
капель, м осаждения, м/с
IO"4...................................................... 1,2
IO"5......................................................0,012
Ю-6...................................................... 0,00012
Приведённые цифры показывают, что скорость осаждения капель малого диаметра (d < 2-Ю"6) ничтожна мала и время осаждения с уменьшением диаметра значительно увеличивается.
Нельзя представлять туман как что-то определённое, установившееся, неизменное. Рассматривая свойства тумана в каждом конкретном случае, необходимо иметь в виду условия его образования, размер и количество капель, особенности воздушной среды ИТ. д.
93 ************************* 4. Влажный воздух *************************
Важно отметить, что при гетерогенной конденсации диаметр
_о _^
капель может колебаться в пределах 10 - 10 м, а при гомогенной конденсации первичный диаметр капель составляет порядка 10~9 м.
Если воспользоваться уравнением Лапласа для определения давления внутри взвешенной в воздухе капли радиусом гк, то можно, с учётом уравнения (3.21), построить зависимость температуры замерзания капли їш от её радиуса г. Эта зависимость (см. табл. 3.14) представлена на рис. 4.2.
гк,мкм 0,001 0,01 0,1 1 10
Рис. 4.2. Зависимость температуры замерзания капли tnл от её радиуса гк
Из рисунка видно, что при гетерогенной конденсации (rK = = 0,5-Ю-6... 0,5-Ю-8 м) температура замерзания лежит в пределах - -2,36 ... - 0,10C, а при гомогенной конденсации (rK = 0,5-Ю-8... ... 0,5 -10~9) - в диапазоне tm = -22,0 ... -2,36°С. При радиусе капель rK> 0,5-10^ м температура их замерзания практически tm = 0°С.
94 ************** 4.4. Гэтерогенная смесь влажного воздуха * * * % * * * * * * ** * *
Изложенное позволяет утверждать, что в зависимости от структуры взвешенных в воздухе капель водяной и смешанный туманы могут существовать в зоне, охватывающей достаточно широкий диапазон отрицательных температур вплоть до t = -22°С. Учитывая, что процесс конденсации пара в воздухе обычно происходит и на поверхности невидимых ядер конденсации, и на флуктуацион-ных сгущениях одновременно, следует отдать предпочтение существованию смешанного тумана.
Массовая концентрация тумана, т. е. масса капельной влаги, содержащейся в 1 м3 воздуха, лежит в пределах (0,05 ... 5)10"3 кг/м3. Нижний предел относится к слабому туману, верхний предел - к густому туману или туману, получаемому в лабораторных условиях.
4.4.3. Водяной туман
Водяной туман является гетерогенной смесью, состоящей из сухого воздуха, насыщенного водяного пара и взвешенных во влажном воздухе капель воды. Поэтому масса влаги твл будет включать в себя массу насыщенного водяного пара т„ и массу взвешенных капель воды тВ)
твл=/ин+тв.
Влагосодержание водяного тумана
_ тн + тъ , , , й в.т ~ — d H^wbj
