В каком случае температура влажного

Температура по влажному термометру (WBT) – это температура, считываемая термометром, покрытым пропитанной водой тканью ( термометр по влажному термометру ), через который проходит воздух. При относительной влажности 100% температура по влажному термометру равна температуре воздуха (температуре по сухому термометру ); при более низкой влажности температура по влажному термометру ниже температуры по сухому термометру из-за испарительного охлаждения .

Температура по влажному термометру определяется как температура пакета воздуха, охлажденного до насыщения (относительная влажность 100%) за счет испарения в нем воды со скрытой теплотой, обеспечиваемой пакетом. Термометр по влажному термометру показывает температуру, близкую к истинной (термодинамической) температуре по влажному термометру. Температура по влажному термометру – это самая низкая температура, которая может быть достигнута в текущих условиях окружающей среды только за счет испарения воды.

Даже адаптированные к жаре люди не могут заниматься обычными видами деятельности на открытом воздухе при температуре выше 32 ° C (90 ° F) по влажному термометру, что эквивалентно тепловому индексу 55 ° C (130 ° F). Теоретический предел выживания человека в течение более нескольких часов в тени, даже при неограниченном количестве воды, составляет 35 ° C (95 ° F), что теоретически эквивалентно тепловому индексу 70 ° C (160 ° F), хотя жара индекс не заходит так высоко.

Интуиция

Если термометр обернуть смоченной водой тканью, он будет вести себя иначе. Чем суше и менее влажный воздух, тем быстрее испаряется вода. Чем быстрее испаряется вода, тем ниже будет температура термометра по отношению к температуре воздуха.

Вода может испаряться только в том случае, если воздух вокруг нее может поглощать больше воды. Это измеряется путем сравнения количества воды в воздухе с максимумом, который может быть в воздухе – относительной влажностью . 0% означает, что воздух полностью сухой, а 100% означает, что воздух содержит всю воду, которую он может удерживать в данных обстоятельствах, и он не может поглощать больше воды (из любого источника).

Это одна из причин видимой температуры у людей. Чем суше воздух, тем больше влаги он может удерживать сверх того, что уже находится в нем, и тем легче испаряется лишняя вода. В результате пот быстрее испаряется в более сухом воздухе, быстрее охлаждая кожу. Но если относительная влажность составляет 100%, вода не может испаряться, а охлаждение потоотделением или испарением невозможно.

Когда относительная влажность составляет 100%, термометр с влажным термометром также больше не может охлаждаться за счет испарения, поэтому он будет показывать то же, что и развернутый термометр.

Общий

Температура по смоченному термометру – это самая низкая температура, которая может быть достигнута за счет испарительного охлаждения смоченной водой вентилируемой поверхности.

Напротив, точка росы – это температура, до которой окружающий воздух должен быть охлажден, чтобы достичь 100% относительной влажности, при условии, что в воздухе не будет дальнейшего испарения; это точка образования конденсата (росы) и облаков.

Для пакета воздуха, который менее насыщен (т. Е. Воздух с относительной влажностью менее 100%), температура по влажному термометру ниже, чем температура по сухому термометру , но выше, чем температура точки росы. Чем ниже относительная влажность (чем суше воздух), тем больше разница между каждой парой этих трех температур. И наоборот, когда относительная влажность повышается до 100%, три цифры совпадают.

Для воздуха при известном давлении и температуре по сухому термометру термодинамическая температура по влажному термометру соответствует уникальным значениям относительной влажности и температуры точки росы. Поэтому его можно использовать для практического определения этих значений. Отношения между этими значениями показаны на психрометрической диаграмме .

Охлаждение человеческого тела через потоотделение затруднено, поскольку относительная влажность окружающего воздуха летом увеличивается. Зимой могут работать и другие механизмы, если справедливо понятие «влажный» или «влажный холод».

Более низкие температуры по влажному термометру, которые соответствуют более сухому воздуху летом, могут привести к экономии энергии в зданиях с кондиционированием воздуха за счет:

1. Сниженная нагрузка по осушению вентиляционного воздуха
2. Повышенная эффективность градирен

Термодинамическая температура по влажному термометру

Термодинамическая температура по смоченному термометру или температура адиабатического насыщения – это температура, которую имел бы объем воздуха, если бы его адиабатически охлаждали до насыщения путем испарения в него воды, причем вся скрытая теплота передавалась объемом воздуха.

Температура образца воздуха, который прошел над большой поверхностью жидкой воды в изолированном канале, называется термодинамической температурой по влажному термометру – воздух стал насыщенным, проходя через камеру постоянного давления с идеальным адиабатическим насыщением.

Метеорологи и другие специалисты могут использовать термин «изобарическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру». Ее также называют «температурой адиабатического насыщения», хотя метеорологи также используют «температуру адиабатического насыщения» для обозначения «температуры на уровне насыщения», т. Е. Температуры, которой будет достигнута посылка, если она адиабатически расширилась до насыщения.

Термодинамическая температура по смоченному термометру нанесена на психрометрическую диаграмму .

Термодинамическая температура по влажному термометру – это термодинамическое свойство смеси воздуха и водяного пара. Значение, показываемое простым термометром по влажному термометру, часто дает адекватное приближение к термодинамической температуре по влажному термометру.

Для точного термометра по влажному термометру “температура по влажному термометру и температура адиабатического насыщения приблизительно равны для смесей воздух-вода при атмосферной температуре и давлении. Это не обязательно верно при температурах и давлениях, которые значительно отличаются от обычных атмосферных условий. , или для других парогазовых смесей ».

Показания температуры влажного термометра

Влажный сухой гигрометр с термометром по мокрому термометру

Стропный психрометр. Носок смачивают дистиллированной водой и вращают в течение минуты или более, прежде чем снимать показания.

Температура по влажному термометру измеряется с помощью термометра , колба которого обернута тканью, называемой носком , которая смачивается дистиллированной водой за счет впитывания . Такой прибор называется термометром по мокрому термометру. Широко используемым устройством для измерения температуры по влажному и сухому термометру является строп-психрометр , который состоит из пары ртутных термометров, один с влажным «носком» для измерения температуры по влажному термометру, а другой – с открытым термометром. сухой для температуры сухого термометра. Термометры прикреплены к поворотной ручке, которая позволяет вращать их, так что вода испаряется из носка и охлаждает влажный термометр до тех пор, пока он не достигнет теплового равновесия .

Настоящий термометр по влажному термометру показывает температуру, которая немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, но они очень близки по величине. Это связано с совпадением: для системы вода-воздух психрометрическое соотношение (см. Ниже) оказывается близким к 1, хотя для систем, отличных от воздуха и воды, они могут быть не такими близкими.

Чтобы понять, почему это так, сначала рассмотрим расчет термодинамической температуры по влажному термометру.

Эксперимент 1

В этом случае поток ненасыщенного воздуха охлаждается. Тепло от охлаждения этого воздуха используется для испарения некоторого количества воды, что увеличивает влажность воздуха. В какой-то момент воздух насыщается водяным паром (и охлаждается до термодинамической температуры по влажному термометру). В этом случае мы можем записать следующий баланс энергии на массу сухого воздуха:

Эксперимент 2

В случае термометра по мокрому термометру представьте себе каплю воды с обдувом ненасыщенным воздухом. Пока давление водяного пара в капле (функция ее температуры) больше, чем парциальное давление водяного пара в воздушном потоке, происходит испарение. Первоначально тепло, необходимое для испарения, будет исходить от самой капли, поскольку наиболее быстро движущиеся молекулы воды, скорее всего, покинут поверхность капли, поэтому оставшиеся молекулы воды будут иметь более низкую среднюю скорость и, следовательно, более низкую температуру. Если бы это было единственное, что произошло бы, и воздух начал бы полностью высыхать, если бы воздух дул достаточно быстро, его парциальное давление водяного пара оставалось бы постоянно нулевым, и капля стала бы бесконечно холодной.

Вместо этого, когда капля начинает охлаждаться, она становится холоднее воздуха, поэтому начинает происходить конвективный перенос тепла от воздуха к капле. Кроме того, скорость испарения зависит от разницы в концентрации водяного пара между поверхностью раздела капля-поток и удаленным потоком (то есть «исходным» потоком, на который капля не влияет) и от коэффициента конвективного массопереноса, который является функцией от компоненты смеси (т.е. вода и воздух).

По прошествии определенного периода достигается равновесие: капля остывает до точки, при которой скорость тепла, уносимого при испарении, равна теплу, полученному за счет конвекции. На данный момент справедлив следующий баланс энергии на площадь интерфейса:

Обратите внимание, что:

Давайте переформулируем это уравнение в:

Теперь давайте вернемся к нашему первоначальному эксперименту с «термодинамическим мокрым шариком», эксперименту 1. Если поток воздуха в обоих экспериментах одинаков (т. Е. И одинаковы), то мы можем приравнять правые части обоих уравнений:

Немного переставив:

Теперь ясно, что если тогда температура капли в Эксперименте 2 такая же, как температура по влажному термометру в Эксперименте 1. Из-за совпадения, для смеси воздуха и водяного пара это так, соотношение (называемое психрометрический коэффициент ), близкий к 1.

Эксперимент 2 – это то, что происходит с обычным термометром по мокрому термометру. Вот почему его показания довольно близки к термодинамической («реальной») температуре по влажному термометру.

Экспериментально показания термометра по мокрому термометру наиболее близки к термодинамической температуре по мокрому термометру, если:

• Носок защищен от лучистого теплообмена с окружающей средой.
• Воздух проходит мимо носка достаточно быстро, чтобы испарившаяся влага не влияла на испарение из носка.
• Вода, подаваемая в носок, имеет ту же температуру, что и термодинамическая температура воздуха по влажному термометру.

На практике значение, сообщаемое термометром по влажному термометру, немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, потому что:

• Носок плохо защищен от лучистого теплообмена.
• Скорость воздушного потока через носок может быть меньше оптимальной.
• Температура воды, подаваемой в носок, не контролируется.

При относительной влажности ниже 100 процентов вода испаряется из баллона, который охлаждает баллон ниже температуры окружающей среды. Для определения относительной влажности температура окружающей среды измеряется с помощью обычного термометра, более известного в этом контексте как термометр с сухим термометром . При любой заданной температуре окружающей среды меньшая относительная влажность приводит к большей разнице между температурами по сухому и влажному термометрам; влажная лампочка холоднее. Точная относительная влажность определяется путем считывания психрометрической диаграммы зависимости температуры по влажному термометру от температуры по сухому термометру или расчетом.

Психрометры – это приборы с термометром с мокрым и сухим термометром.

Термометр с влажным термометром также можно использовать на открытом воздухе при солнечном свете в сочетании с глобусным термометром (который измеряет падающую лучистую температуру ) для расчета температуры шара с влажным термометром (WBGT).

Адиабатическая температура по влажному термометру

Адиабатической температуры по влажному термометру температура объем воздуха будет иметь , если охлаждается адиабатически до насыщения , а затем сжимается адиабатически к исходному давлению во влажной-адиабатического процесса (АМС Глоссарий). Такое охлаждение может происходить, поскольку давление воздуха снижается с высотой, как указано в статье о повышенном уровне конденсации .

Этот термин, как он определен в этой статье, может быть наиболее распространенным в метеорологии.

Поскольку значение, называемое «термодинамической температурой по влажному термометру», также достигается с помощью адиабатического процесса, некоторые инженеры и другие могут использовать термин «адиабатическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру». Как упоминалось выше, метеорологи и другие специалисты могут использовать термин «изобарическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру».

«Связь между изобарным и адиабатическим процессами довольно неясна. Однако сравнения показывают, что две температуры редко отличаются более чем на несколько десятых градуса Цельсия, а адиабатическая версия всегда меньше двух для ненасыщенного воздуха. . Поскольку разница настолько мала, на практике ею обычно пренебрегают “.

Депрессия влажного термометра

Депрессия влажному термометру разница между температурой по сухому термометру и температуры по влажному термометру. При 100% влажности температуры по сухому и влажному термометрам идентичны, поэтому депрессия по влажному термометру в таких условиях равна нулю.

Температура и здоровье по влажному термометру

Живые организмы могут выжить только в определенном температурном диапазоне. Когда окружающая температура слишком высока, многие животные охлаждают себя до температуры ниже окружающей за счет испарительного охлаждения (пот у людей и лошадей, слюна и вода у собак и других млекопитающих); это помогает предотвратить потенциально смертельную гипертермию из-за теплового стресса. Эффективность испарительного охлаждения зависит от влажности; температура по влажному термометру или более сложные расчетные величины, такие как глобальная температура по влажному термометру (WBGT), которая также учитывает солнечное излучение , дает полезное представление о степени теплового стресса и используется несколькими агентствами в качестве основы для тепла. рекомендации по профилактике стресса.

Постоянная температура по влажному термометру, превышающая 35 ° C (95 ° F), может быть фатальной даже для здоровых людей, не одетых в тени рядом с вентилятором; при этой температуре человеческие тела переключаются с передачи тепла в окружающую среду к получению тепла от нее. На практике такие идеальные условия для того, чтобы люди могли охладиться, не всегда будут существовать – отсюда высокий уровень смертности во время волн жары в Европе в 2003 году и в России в 2010 году , когда температура по влажному термометру не превышала 28 ° C.

Исследование 2015 года пришло к выводу, что в зависимости от степени будущего глобального потепления некоторые части мира могут стать непригодными для проживания из-за смертельно опасных температур по влажному термометру. В исследовании 2020 года сообщалось о случаях, когда температура по влажному термометру уже была 35 ° C (95 ° F), хотя и слишком быстро и в слишком маленьком месте, чтобы вызвать смертельные случаи.

В 2018 году Южная Каролина ввела новые правила для защиты старшеклассников от чрезвычайных ситуаций, связанных с жарой, во время активного отдыха. Для температур по влажному термометру от 82,0 ° F (27,8 ° C) до 92,0 ° F (33,3 ° C) действуют особые правила и ограничения; температура по влажному термометру 92,1 ° F (33,4 ° C) или выше требует отмены всех мероприятий на открытом воздухе.

Жара с повышенной влажностью

• 8 июля 2003 года в Дахране, Саудовская Аравия, был зафиксирован самый высокий индекс жары, когда-либо зарегистрированный: 178 ° F (81 ° C) с температурой 108 ° F (42 ° C) и точкой росы 95 ° F (35 ° C).
• В 2015 году во время аномальной жары в Индии температура по влажному термометру в Андхра-Прадеше достигла 30 ° C (86 ° F). Аналогичная температура по влажному термометру была достигнута во время аномальной жары в Чикаго в 1995 году .
• Волна жары в августе 2015 года привела к температуре 48,6 ° C (119,5 ° F) и точке росы 29,5 ° C (85,1 ° F) в Самаве , Ирак , и 114,8 ° F (46,0 ° C) с точкой росы 89,6 ° F (32,0 ° C) в Бандар-э-Махшехре , Иран . Это подразумевает температуру по влажному термометру около 33,5 ° C (92,3 ° F) и 34,7 ° C (94,5 ° F) соответственно. Правительство призвало жителей держаться подальше от солнца и пить много воды.

Самые высокие зарегистрированные температуры по влажному термометру

В следующих местах зафиксирована температура по влажному термометру 34 ° C (93 ° F) или выше. Метеостанции, как правило, находятся в аэропортах, не обязательно с самыми большими поглотителями тепла, поэтому в других местах города могут быть более высокие значения.

Глобальное потепление

Результаты исследования показывают, что ограничение глобального потепления до 1,5 ° C не позволит большинству тропиков достичь температуры по влажному термометру физиологического предела человека 35 ° C.

Смотрите также

• Атмосферная термодинамика
• точка росы
• Индекс тепла
• Потенциальная температура влажного термометра

Рекомендации

Внешние ссылки

• 3 способа получить температуру по влажному термометру для инженеров
• Таблица влажных ламп для производства снега (по Фаренгейту)
• Охладитель косвенного испарения охлаждается ниже температуры по влажному термометру
• Калькулятор влажного термометра и точки росы от NOAA
• Ярлык для расчета по мокрому термометру
• Расчет индекса теплового стресса

Источник