Температура по влажному термометру

редактировать

Температура, измеренная термометром, покрытым пропитанной водой тканью

Влажность и гигрометрия

Особые понятия
Абсолютное / Удельное / Относительное Точка росы (депрессия ) Психрометрия
Общие понятия
Воздух Концентрация Плотность Роса Испарение Буферизация влажности (Атм. ) Давление Жидкая вода Закон Авогадро Зарождение Термодинамическое равновесие
Меры и инструменты
Тепловой индекс Сб. вап. плотность Соотношение компонентов Активность воды H. индикатор карта гигрометр сухой / температура влажного термометра
v t

температура влажного термометра (WBT) - это температура считываются с помощью термометра, покрытого пропитанной водой тканью (термометр с влажным термометром), через который проходит воздух. При 100% относительной влажности температура по влажному термометру равна температуре воздуха (температура по сухому термометру ); при более низкой влажности температура по влажному термометру ниже температуры по сухому термометру из-за испарительного охлаждения.

Температура влажного термометра определяется как температура пакета воздуха, охлажденного до насыщения (относительная влажность 100%) испарение воды с скрытой теплотой, поставляемой посылкой. Термометр по влажному термометру показывает температуру, близкую к истинной (термодинамической) температуре по влажному термометру. Температура по смоченному 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 вести нормальную деятельность 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

Содержание

1 Intuition
2 Общее
3 Термодинамическая температура по влажному термометру
4 Показания температуры по влажному термометру
5 Адиабатический влажный термометр температура
6 Депрессия по влажному термометру
7 Температура по влажному термометру и здоровье
- 7.1 Тепловые волны с высокой влажностью
- 7,2 Самые высокие зарегистрированные температуры по влажному термометру
8 Температура по влажному термометру и индекс тепла
9 См. Также
10 Ссылки
11 Внешние ссылки

Интуиция

Рассмотрим термометр, завернутый в смоченную водой ткань. Чем суше и менее влажный воздух, тем быстрее испаряется вода. Чем быстрее испаряется вода, тем ниже будет температура термометра по отношению к температуре воздуха.

Но вода может испаряться только в том случае, если воздух вокруг нее может поглотить 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).

Вот почему нам холоднее на сухом воздухе. 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 при относительной влажности 100% вода не может испаряться, а охлаждение потоотделением или испарением невозможно.

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

Общие положения

Температура по смоченному термометру - это самая низкая температура, которая может быть достигнута с помощью испарительного охлаждения смоченной водой (или даже покрытой льдом) вентилируемой поверхности..

Напротив, точка росы - это температура, до которой окружающий воздух должен быть охлажден, чтобы достичь 100% относительной влажности, при условии, что дальнейшее испарение в воздух не происходит. ; это точка образования конденсата (росы) и облаков.

Для участка воздуха, который менее насыщен (т. Е. Воздух с относительной влажностью менее 100%), температура по влажному термометру ниже, чем температура по сухому термометру, но выше температуры 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. Взаимосвязь между этими значениями проиллюстрирована на психрометрической диаграмме ..

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

Более низкая температура по влажному термометру, соответствующая более сухому воздуху летом, может привести к экономии энергии в зданиях с кондиционированием воздуха за счет:

Снижения осушения нагрузки для вентилируемого воздуха
Повышенная эффективность градирен

Термодинамическая температура по влажному термометру

Термодинамическая температура по влажному термометру или температура адиабатического насыщения - это температура, которую имел бы объем воздуха, если бы он охлаждался адиабатически до насыщения за счет испарения в нем воды, причем вся скрытая теплота передается объемом воздуха.

Температура образца воздуха, прошедшего через большую поверхность жидкой воды в изолированном канале, называется термодинамической температурой по мокрому термометру - воздух стал насыщенным, проходя через идеальное давление постоянного давления., камера адиабатического насыщения.

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 мог бы достичь участок, если бы он адиабатически расширялся до насыщения.

Термодинамическая температура по смоченному термометру нанесена на психрометрическую диаграмму .

. Термодинамическая температура по мокрому термометру представляет собой термодинамическое свойство смеси воздуха и водяного пара. Значение, показываемое простым термометром по влажному термометру, часто обеспечивает 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 водяного пара при атмосферных температуре и давлении. Это не обязательно верно при температурах и давлениях, которые значительно отклоняются от обычных атмосферных условий или для других парогазовых смесей. "

Показания температуры термометра по мокрому термометру

Сухой влажный гигрометр с термометром по мокрому термометру

А слинг-психрометр. Носок смачивают дистиллированной водой и вращают в течение минуты или более перед снятием показаний.

Температура влажного термометра измеряется с помощью термометра, колба которого обернута тканью, называемой носком - который увлажняется дистиллированной водой за счет действия 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 термометров с ртутным термометром, один с влажным «носком» для измерения температуры по влажному термометру, а другой - с открытым термометром и сухим в течение температура по сухому термометру. Термометры прикреплены к поворотной ручке, которая позволяет вращать их так, чтобы вода испарялась из носка и охлаждала влажный термометр до теплового равновесия.

Настоящий термометр по влажному термометру показывает температуру, которая немного ниже отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, но они очень близки по величине. Это происходит по совпадению: 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:

(H sat - H 0) ⋅ λ = (T 0 - T sat) ⋅ cs {\ displaystyle (H _ {\ mathrm {sat} } -H_ {0}) \ cdot \ lambda = (T_ {0} -T _ {\ mathrm {sat}}) \ cdot c _ {\ mathrm {s}}}

{\ displaystyle (H _ {\ mathrm {sat}} -H_ {0}) \ cdot \ lambda = (T_ {0} -T _ {\ mathrm { сат}}) \ cdot c _ {\ mathrm {s}}}

$H sat {\ displaystyle H _ {\ mathrm {sat}}}$ $H _ {\ mathrm {sat}}$ содержание насыщенной воды в воздухе (кг H2O/ кг сухого воздуха)
$H 0 {\ displaystyle H_ {0}}$ $H_ {0}$ исходная вода содержание воздуха (те же единицы, что и выше)
$λ {\ displaystyle \ lambda}$ $\ lambda$ скрытая теплота воды (Дж / кг H2O)
$T 0 {\ displaystyle T_ {0}}$ $T_ {0}$ начальная температура воздуха (K)
$T sat {\ displaystyle T _ {\ mathrm {sat}}}$ $T _ {\ mathrm {sat}}$ температура насыщенного воздуха (K)
$cs {\ displaystyle c_ {s}}$ $c_ {s}$ удельная теплоемкость воздуха (Дж / кг · К)

Эксперимент 2

В случае термометра по мокрому термометру представьте себе каплю воды с обдувом ненасыщенным воздухом. давление пара воды в капле (функция ее температуры) больше парциального давления водяного пара i В потоке воздуха будет происходить 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 высыхать до костей, если бы воздух дул достаточно быстро, его парциальное давление водяного пара оставалось бы постоянно нулевым, и капля стала бы бесконечно холодной.

Ясно, что это не так ». не случилось. Оказывается, когда капля начинает охлаждаться, она становится холоднее воздуха, поэтому конвективный теплообмен начинает происходить от воздуха к капле. Также имейте в виду, что скорость испарения зависит от разницы в концентрации водяного пара между поверхностью раздела капля-поток и удаленным потоком (т. Е. «Исходным» потоком, на который капля не влияет) и от коэффициента конвективного массопереноса, который является функция компонентов смеси (т.е. воды и воздуха).

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:

(H sat - H 0) ⋅ λ ⋅ k ′ = (T 0 - T eq) ⋅ hc {\ displaystyle (H _ {\ mathrm {sat }} -H_ {0}) \ cdot \ lambda \ cdot k '= (T_ {0} -T _ {\ mathrm {eq}}) \ cdot h _ {\ mathrm {c}}}

(H_{\mathrm {sat} }-H_{0})\cdot \lambda \cdot k'=(T_{0}-T_{\mathrm {eq} })\cdot h_{\mathrm {c} }

$H сид {\ displaystyle H _ {\ mathrm {sat}}}$ $H _ {\ mathrm {sat}}$ содержание воды на границе раздела в равновесии (кг H2O/ кг сухого воздуха) (обратите внимание, что воздух в этой области есть и всегда был насыщен)
$H 0 {\ displaystyle H_ {0}}$ $H_ {0}$ содержание воды в удаленном воздухе (те же единицы, что и выше)
$k ′ {\ displaystyle k '}$ $k'$ коэффициент массопереноса (кг / м⋅с)
$T 0 {\ displaystyle T_ {0}}$ $T_ {0}$ температура воздуха на расстоянии (K)
$T eq {\ displaystyle T _ {\ mathrm { eq}}}$ $T _ {\ mathrm {eq}}$ температура капли воды при равновесии (K)
$hc {\ displaystyle h _ {\ mathrm {c}}}$ $h _ {\ mathrm {c}}$ коэффициент конвективной теплопередачи (Вт / м · K)

Обратите внимание, что:

$(H - H 0) {\ displaystyle (H-H_ {0})}$ $(H-H_ {0})$ - движущая сила для массопереноса (постоянно равна $H sat - H 0 {\ displaystyle H _ {\ mathrm {sat}} -H_ {0}}$ $H _ {\ mathrm {sat}} -H_ {0}$ на протяжении всего эксперимента)
$(T 0 - T) {\ displaystyle (T_ { 0} -T)}$ $(T_ {0} -T)$ - движущая сила для теплопередачи (когда $T {\ displaystyle T}$ $T$ достигает $T eq {\ displaystyle T _ {\ mathrm { eq}}}$ $T _ {\ mathrm {eq}}$ , равновесие достигнуто)

Давайте переформулируем это уравнение в:

(H sat - H 0) ⋅ λ = (T 0 - T eq) ⋅ hck ′ { \ displaystyle (H _ {\ mathrm {sat}} -H_ {0}) \ cdot \ lambda = (T_ {0} -T _ {\ mathrm {eq}}) \ cdot {\ frac {h _ {\ mathrm {c} }} {k '}}}

(H_{\mathrm {sat} }-H_{0})\cdot \lambda =(T_{0}-T_{\mathrm {eq} })\cdot {\frac {h_{\mathrm {c} }}{k'}}

Теперь давайте вернемся к нашему первоначальному эксперименту с «термодинамическим мокрым термометром», эксперименту 1. Если поток воздуха одинаков в обоих экспериментах (т.е. $H 0 {\ displaystyle H_ {0}}$ $H_ {0}$ и $T 0 {\ displaystyle T_ {0}}$ $T_ {0}$ одинаковы), тогда мы можем приравнять правое -ручные стороны обоих уравнений:

(T 0 - T sat) ⋅ cs = (T 0 - T eq) ⋅ hck ′ {\ displaystyle (T_ {0} -T _ {\ mathrm {sat}}) \ cdot c _ {\ mathrm {s}} = (T_ {0} -T _ {\ mathrm {eq}}) \ cdot {\ frac {h _ {\ mathrm {c}}} {k '}}}

(T_{0}-T_{\mathrm {sat} })\cdot c_{\mathrm {s} }=(T_{0}-T_{\mathrm {eq} })\cdot {\frac {h_{\mathrm {c} }}{k'}}

Перестановка немного:

T 0 - T sat = (T 0 - T eq) ⋅ hck ′ ⋅ cs {\ displaystyle T_ {0} -T _ {\ mathrm {sat}} = (T_ {0} -T _ {\ mathrm {eq}}) \ cdot {\ frac {h _ {\ mathrm {c}}} {k '\ cdot c _ {\ mathrm {s}}}}}

T_{0}-T_{\mathrm {sat} }=(T_{0}-T_{\mathrm {eq} })\cdot {\frac {h_{\mathrm {c} }}{k'\cdot c_{\mathrm {s} }}}

Теперь ясно, что если $hck ′ Cs = 1 {\ displaystyle {\ dfrac {h _ {\ mathrm {c}}} {k'c _ {\ mathrm {s}}}} = 1}$ ${\dfrac {h_{\mathrm {c} }}{k'c_{\mathrm {s} }}}=1$ , то температура капли в эксперименте 2 совпадает с температурой по влажному термометру в эксперименте 1. Из-за совпадения для смеси воздуха и водяного пара это имеет место, соотношение (называемое психрометрическим соотношением) близко 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 быстро проходит мимо носка достаточно, чтобы испаренная 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 влажным Термометр с грушей немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, потому что:

носок не полностью защищен от лучистого теплообмена
Скорость потока воздуха 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 данном 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 температур 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 влажного термометра (WBGT).

Адиабатическая температура по влажному термометру

Адиабатическая температура по мокрому термометру - это температура, которую имел бы объем воздуха, если бы адиабатически охлаждать до насыщения, а затем адиабатически сжимать до первоначального давление во влажно-адиабатическом процессе (глоссарий AMS). Такое охлаждение может происходить, когда давление воздуха уменьшается 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 влажного термометра». температура баллона ». Как упоминалось выше, метеорологи и другие специалисты могут использовать термин «изобарическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру».

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

Депрессия по влажному термометру

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

Температура и здоровье по влажному термометру

Жизнь организмы могут выжить только в определенном температурном диапазоне. Когда температура окружающей среды слишком высока, люди и многие животные охлаждают себя ниже температуры окружающей среды 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 температура шара по влажному термометру (WBGT), которая также учитывает солнечное излучение, дают полезный показатель степени теплового стресса, и используются несколькими агентствами в качестве основы для рекомендаций по профилактике теплового стресса.

Продолжительная температура по влажному термометру, превышающая 35 ° C (95 ° F), может быть фатальной даже для здоровых людей, раздевающихся в тени рядом с вентилятором; при этой температуре наши тела переключаются с передачи тепла окружающей среде на получение тепла от нее. Таким образом, 35 ° C (95 ° F) - это порог, выше которого тело больше не может адекватно охлаждаться. В исследовании NOAA, проведенном в 2013 году, сделан вывод о том, что тепловой стресс значительно снизит производительность труда при текущих сценариях выбросов.

В исследовании 2010 года сделан вывод, что при наихудшем сценарии глобального потепления при температурах на 12 ° C (22 ° F) выше, чем в 2007 году, предельная температура по влажному термометру для людей может быть превышена в большей части мира в будущем столетии. Исследование 2015 года показало, что некоторые части земного шара могут стать непригодными для жизни. Примером порога, при котором человеческое тело больше не может охлаждаться и начинает перегреваться, является уровень влажности 50% и высокая температура 46 ° C (115 ° F), поскольку это указывает на влажную лампу. температура 35 ° C (95 ° F).

В 2018 году Южная Каролина ввела новые правила для защиты старшеклассников от связанных с жарой чрезвычайных ситуаций во время активного отдыха. Для температуры 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 видов деятельности на открытом воздухе.

Жара с высокой влажностью

8 июля 2003 г., Дахран, Саудовская Аравия, был зафиксирован самый высокий показатель тепла при 81 ° C (178 ° F) с температурой 42 ° C (108 ° F) и точкой росы 35 ° C (95 ° F).
Во время волны тепла в Индии в 2015 году температура по влажному термометру в Андхра-Прадеш достигла 30 ° C (86 ° F). Аналогичная температура по влажному термометру была достигнута во время аномальной жары в Чикаго в 1995 г..
Жара в августе 2015 г. достигла 48,6 ° C (119,5 ° F) и точки росы 29,5 ° C (85,1 ° F). в Самава, Ирак и 114,8 ° F (46,0 ° C) с точкой росы 89,6 ° F (32,0 ° C) в Бандар-э Махшахр, 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 зафиксированы температуры по влажному термометру 34 ° C (93 ° F) или выше. Обратите внимание, что метеостанции, как правило, находятся в аэропортах, не обязательно с самыми большими радиаторами, поэтому в других местах города могут быть более высокие значения.

WT (° C)	Город и штат	Страна
36,3	Город Рас-Аль-Хайма	ОАЭ
36,2	[неназванное местоположение], Синд	Пакистан
36	Мекка	Саудовская Аравия
35,8	Хисар, Харьяна	Индия
35,6		Австралия
35,4	Вильяэрмоса, Табаско	Мексика
35,1	[безымянное место], Хайбер-Пахтунхва	Пакистан
35	Маракайбо	Венесуэла
35	Матлапа, Сан-Луис-Потоси	Мексика
35	Чойкс, Синалоа	Мексика
34,8	Ла-Пас, Южная Нижняя Калифорния	Мексика
34,8	Сото-ла-Марина, Тамаулипас	Мексика
34,7	Медина	Саудовская Аравия
34,7	Бандар Аббас	Иран
34,6	Махилипатнам мандал, Андхра-Прадеш	Индия
34,5	, Баласор, Одиша	Индия
34,4	Бамако	Мали
34,4	Chicxulub, Y укатан	Мексика
34.1	Рангун	Бирма
34	Аджнала, Пенджаб	Индия
34	Порт-Хедленд, Западная Австралия	Австралия
34	Эмпалме, Сонора	Мексика
34	Туспан, Веракрус	Мексика
34	Департамент Пайсанду	Уругвай

Температура по влажному термометру и индекс тепла

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки