Как меняется плотность воздуха в зависимости от влажности: формулы, графики, таблицы

Плотность воздуха зависит от температуры, давления, высоты над уровнем моря, но зависимость от влажности, пожалуй, является математически наиболее сложной. При повышении влажности плотность воздуха снижается. Но расчет замысловат: надо по отдельности рассматривать 2 компоненты влажного воздуха – сухой воздух и водяной пар.

konkurent.ru

Почему влажный воздух легче сухого

Вода в 1000 раз тяжелее воздуха. В связи с этим часто возникает вопрос, почему влажный воздух легче сухого, если он, по сути, представляет собой смесь воздуха и воды?

Но дело в том, что во влажном воздухе содержится не вода, а водяной пар – газообразное состояние воды. А плотность водяного пара ниже, чем обычного воздуха.

То, что влажный воздух легче сухого, легко доказывается с помощью химии. Дело в том, что молярная масса воды (H₂O, 18 г/моль) меньше молярной массы воздуха (75% N₂ + 25% O₂, 29 г/моль). Поэтому чем выше влажность воздуха, тем меньше его плотность.

Формула плотности воздуха при различной влажности

Формула плотности выглядит следующим образом:

ρ = pСУХ · MСУХ / (R · T) + pВП · MВП / (R · T), где

  • pСУХ и рВП – парциальные давления сухого воздуха и водяного пара (их сумма равна давлению влажного воздуха), кПа,
  • MСУХ и MВП – молярные массы сухого воздуха (29 г/моль, если точнее то 28,98 г/моль) и водяного пара (18 г/моль),
  • R – газовая постоянная, она всегда равна 8,314 Дж/(моль·К),
  • Т – температура воздуха в Кельвинах (К), что на 273° больше, чем в Цельсиях.

Сложность может возникнуть при определении парциальных давлений. Их можно найти следующим образом:

Если известна влажность воздуха, то можно найти и влагосодержание d (г/кг). Зная его, парциальное давление водяного пара находится по следующей формуле:

рВП = d · p0 / (622 + d), где

  • d – влагосодержание влажного воздуха, г/кг,
  • p0 – атмосферное давление воздуха (в идеальном состоянии – 101,325 кПа).

Далее находим парциальное давление сухого воздуха:

pСУХ = p0 – рВП

Онлайн-калькулятор

Наш калькулятор позволяет точно рассчитать плотность влажного воздуха в зависимости от его относительной влажности и температуры. После указания параметров ссылку на расчет можно сохранить. Для этого нужно кликнуть по кнопке «Копировать» в нижней части калькулятора.

Хочу такой же калькулятор себе на сайт
Исходные данные
%
Результат расчета
Плотность воздуха:
Хочу такой же калькулятор себе на сайт
Ссылка на этот расчет:

Таблица плотности

При температуре 0°C

Как видно из таблицы, при 0°C плотность воздуха при изменении относительной влажности от 0% до 100% меняется весьма слабо: от 1,2909 кг/м³ до 1,2939 кг/м³, то есть всего на 0,2%.

Это связано с тем, что при низких температурах в воздухе содержится мало влаги (максимум всего лишь менее 4 грамм на 1 килограмм воздуха). Такие маленькое количество влаги не способно оказать существенное воздействие на плотность воздуха.

φ, %

ρ, кг/м³

φ, %

ρ, кг/м³

φ, %

ρ, кг/м³

φ, %

ρ, кг/м³

0

1.2939

25

1.2931

50

1.2924

75

1.2916

1

1.2938

26

1.2931

51

1.2924

76

1.2916

2

1.2938

27

1.2931

52

1.2923

77

1.2916

3

1.2938

28

1.2930

53

1.2923

78

1.2916

4

1.2937

29

1.2930

54

1.2923

79

1.2915

5

1.2937

30

1.2930

55

1.2922

80

1.2915

6

1.2937

31

1.2929

56

1.2922

81

1.2915

7

1.2937

32

1.2929

57

1.2922

82

1.2914

8

1.2936

33

1.2929

58

1.2921

83

1.2914

9

1.2936

34

1.2929

59

1.2921

84

1.2914

10

1.2936

35

1.2928

60

1.2921

85

1.2913

11

1.2935

36

1.2928

61

1.2921

86

1.2913

12

1.2935

37

1.2928

62

1.2920

87

1.2913

13

1.2935

38

1.2927

63

1.2920

88

1.2913

14

1.2934

39

1.2927

64

1.2920

89

1.2912

15

1.2934

40

1.2927

65

1.2919

90

1.2912

16

1.2934

41

1.2926

66

1.2919

91

1.2912

17

1.2934

42

1.2926

67

1.2919

92

1.2911

18

1.2933

43

1.2926

68

1.2918

93

1.2911

19

1.2933

44

1.2926

69

1.2918

94

1.2911

20

1.2933

45

1.2925

70

1.2918

95

1.2910

21

1.2932

46

1.2925

71

1.2918

96

1.2910

22

1.2932

47

1.2925

72

1.2917

97

1.2910

23

1.2932

48

1.2924

73

1.2917

98

1.2910

24

1.2932

49

1.2924

74

1.2917

99

1.2909

           

100

1.2909

При температуре 20°C

Изменение плотности воздуха в зависимости от его относительной влажности при температуре +20°C гораздо сильнее: от 1,1950 кг/м³ до 1,2056 кг/м³, это уже около 1%. Тем не менее, при обычных расчетах вентиляции и воздуховодов таким изменением можно принебречь.

Это связано с тем, что при более высоких температурах воздух может содержать гораздо больше влаги, и она оказывает всё большее влияние на плотность воздуха, причем чем выше температура, тем больше это влияние.

Например, при +30°C изменение плотности при 0% и 100% будет достигать 2%. При +40°C – на 3%. При +50°C – на 5%. При +80°C – на 21%. При +90°C – уже 35%. При +100°C – аж 60%.

φ, %

ρ, кг/м³

φ, %

ρ, кг/м³

φ, %

ρ, кг/м³

φ, %

ρ, кг/м³

0

1.2056

25

1.2030

50

1.2003

75

1.1977

1

1.2055

26

1.2028

51

1.2002

76

1.1976

2

1.2054

27

1.2027

52

1.2001

77

1.1975

3

1.2053

28

1.2026

53

1.2000

78

1.1974

4

1.2052

29

1.2025

54

1.1999

79

1.1973

5

1.2051

30

1.2024

55

1.1998

80

1.1971

6

1.2050

31

1.2023

56

1.1997

81

1.1970

7

1.2049

32

1.2022

57

1.1996

82

1.1969

8

1.2047

33

1.2021

58

1.1995

83

1.1968

9

1.2046

34

1.2020

59

1.1994

84

1.1967

10

1.2045

35

1.2019

60

1.1993

85

1.1966

11

1.2044

36

1.2018

61

1.1992

86

1.1965

12

1.2043

37

1.2017

62

1.1990

87

1.1964

13

1.2042

38

1.2016

63

1.1989

88

1.1963

14

1.2041

39

1.2015

64

1.1988

89

1.1962

15

1.2040

40

1.2014

65

1.1987

90

1.1961

16

1.2039

41

1.2013

66

1.1986

91

1.1960

17

1.2038

42

1.2012

67

1.1985

92

1.1959

18

1.2037

43

1.2011

68

1.1984

93

1.1958

19

1.2036

44

1.2009

69

1.1983

94

1.1957

20

1.2035

45

1.2008

70

1.1982

95

1.1956

21

1.2034

46

1.2007

71

1.1981

96

1.1955

22

1.2033

47

1.2006

72

1.1980

97

1.1954

23

1.2032

48

1.2005

73

1.1979

98

1.1952

24

1.2031

49

1.2004

74

1.1978

99

1.1951

           

100

1.1950

График плотности

При температуре 0°C

При температуре 20°C

При температуре от 0°С до 100°С и влажности от 0% до 100%

 

Прикрепленные документы

  1. Как меняется плотность воздуха в зависимости от влажности - графики и таблицы (229,6 кБ) Загрузок: 26
Теги:
#Онлайн-калькуляторы

Оставить комментарий

Ваше имя:
E-mail:
(Не обязательно)
Текст комментария:
Введите код с картинки:  

Дополнительные материалы

Что такое инверторный кондиционер

Проверка вентиляции в многоквартирном доме

Вентиляция в гараже с подвалом: как правильно сделать своими руками, чтобы хорошо работала

Вентиляция в каркасном доме: как правильно сделать своими руками и на что обратить внимание

Все самое важное про канальные кондиционеры: расчет, конструктивные особенности, монтаж, эксплуатация, преимущества и недостатки

Все самое важное про кассетные кондиционеры: расчет, конструктивные особенности, монтаж, эксплуатация, преимущества и недостатки

Всё самое важное о напольно-потолочных кондиционерах: расчет, конструктивные особенности, монтаж, эксплуатация, преимущества и недостатки

Вентиляция в доме из газобетона и газоблоков