Влажноадиабатические процессы

Влажноадиабатическим называется адиабатический процесс, протекающий во влажном насыщенном воздухе. При таком процес­се происходит конденсация водяного пара или испарение капель воды.

Термодинамические процессы во влажном насыщенном воздухе существенно отличаются от процессов в сухом и влажном ненасы­щенном воздухе не только с количественной, но и с качественной стороны. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим процесс адиабатиче­ского подъема влажного воздуха. До тех пор пока влажный воздух

не насыщен, его состояние меняется по сухоадиабатическому зако­ну. Температура частицы при подъеме уменьшается (практически на 1 °С на 100 м), доля пара сохраняется постоянной (s = const), по­скольку не происходит конденсации водяного пара. Относительная же влажность адиабатически поднимающейся частицы возрастает с увеличением высоты (это утверждение доказывается в п. 17.1). Та­ким образом, при адиабатическом подъеме влажной ненасыщенной частицы наступает такой момент, когда частица достигает состоя­ния насыщения (f = 100 %). Уровень, на котором влажный ненасы­щенный воздух достигает состояния насыщения, называется уров­нем конденсации и обозначается z_к; температура и давление на этом уровне обозначаются соответственно Т_к и р_к.

Если влажная насыщенная частица поднимется выше уровня конденсации, то вследствие дальнейшего понижения температуры начнется конденсация водяного пара. При конденсации выделяется скрытая теплота парообразования (около 2500 кДж при конденсации 1 кг водяного пара), в результате чего температура частицы выше уровня конденсации понижается медленнее: часть работы расширения совершается за счет теплоты конденсации (в то время как до достижения состояния насыщения работа расширения совершалась только за счет уменьшения внутренней энергии).

Кривая состояния насыщенной частицы при ее адиабатическом подъеме называется влажной адиабатой, а изменение температуры частицы при подъеме на единицу высоты при влажноадиабатическом процессе — влажноадиабатическим градиентом γ'_а.

Из изложенного выше следует, что при влажноадиабатическом процессе: а) температура поднимающейся частицы уменьшается с высотой, но медленнее, чем при сухоадиабатическом процессе (γ'_а < γ_а); б) доля пара s_m вследствие конденсации уменьшается с высотой; в) относительная влажность поднимающегося воздуха по­стоянна (f = 100 % = const).

Адиабатический подъем влажного воздуха до достижения состояния на­сыщения (до уровня конденсации) называется сухой стадией, а в состо­янии насыщения (выше уровня кон­денсации) — влажной стадией (рис. 4.3).