Våt glödlampa temperatur - Wet-bulb temperature

En slyngpsykrometer. Strumpan är våt med destillerat vatten och virvlade runt i en minut eller mer innan avläsningarna tas.

Den våta termometerns temperatur ( WBT ) är den temperatur läses av en termometer täckt i vatten-indränkt duk (en våt-bulb termometer ) över vilken luft leds. Vid 100% relativ luftfuktighet är våtlampans temperatur lika med lufttemperaturen ( torrglödstemperatur ); vid lägre luftfuktighet är våtlampans temperatur lägre än torrtemperaturen på grund av förångningskylning .

Vattelampans temperatur definieras som temperaturen på ett luftpaket som kyls till mättnad (100% relativ luftfuktighet) genom avdunstning av vatten i det, med latent värme som levereras av paketet. En termometer för våtlampor indikerar en temperatur nära den sanna (termodynamiska) våttemperaturen. Vattelampans temperatur är den lägsta temperaturen som kan uppnås under nuvarande omgivningsförhållanden genom avdunstning av endast vatten.

Även värmeanpassade människor kan inte utföra normala utomhusaktiviteter förbi en våtlampa på 32 ° C (90 ° F), motsvarande ett värmeindex på 55 ° C (130 ° F). Den teoretiska gränsen för mänsklig överlevnad i mer än några timmar i skuggan, även med obegränsat vatten, är 35 ° C (95 ° F) - teoretiskt motsvarande ett värmeindex på 70 ° C (160 ° F), även om värmen index går inte så högt.

Intuition

Om en termometer är insvept i en vattenfuktad trasa kommer den att bete sig annorlunda. Ju torrare och mindre fuktig luften är, desto snabbare kommer vattnet att avdunsta. Ju snabbare vatten förångas, desto lägre blir termometerns temperatur i förhållande till lufttemperaturen.

Vatten kan bara avdunsta om luften runt det kan absorbera mer vatten. Detta mäts genom att jämföra hur mycket vatten som finns i luften till det maximala som kan finnas i luften - den relativa luftfuktigheten . 0% betyder att luften är helt torr och 100% betyder att luften innehåller allt vatten som den kan hålla i nuvarande omständigheter och att den inte kan absorbera mer vatten (från någon källa).

Detta är en del av orsaken till skenbar temperatur hos människor. Ju torrare luften är, desto mer fukt kan den hålla utöver vad som redan finns i den, och desto lättare är det för extra vatten att avdunsta. Resultatet är att svett avdunstar snabbare i torrare luft och kyler ner huden snabbare. Om den relativa luftfuktigheten är 100%kan inget vatten förångas och kylning genom svettning eller avdunstning är inte möjlig.

När den relativa luftfuktigheten är 100%kan en termometer med våtlampa inte längre kylas genom avdunstning, så den kommer att läsa samma sak som en oinpackad termometer.

Allmän

Vattelampans temperatur är den lägsta temperaturen som kan uppnås genom förångningskylning av en vattenvätad, ventilerad yta.

Däremot är daggpunkten temperaturen till vilken omgivande luft måste kylas för att nå 100% relativ luftfuktighet förutsatt att det inte sker ytterligare avdunstning i luften; det är den punkt där kondens (dagg) och moln skulle bildas.

För ett luftpaket som är mindre än mättat (dvs. luft med mindre än 100 procent relativ luftfuktighet) är temperaturen på våtlampan lägre än torrglödstemperaturen , men högre än daggpunktstemperaturen. Ju lägre relativ luftfuktighet (ju torrare luften är), desto större mellanrum mellan varje par av dessa tre temperaturer. Omvänt, när den relativa luftfuktigheten stiger till 100%, sammanfaller de tre siffrorna.

För luft vid ett känt tryck och en torrtemperatur, motsvarar den termodynamiska temperaturen för våtkulor unika värden för relativ fuktighet och daggpunktstemperatur. Den kan därför användas för praktisk bestämning av dessa värden. Förhållandena mellan dessa värden illustreras i ett psykrometriskt diagram .

Kylning av människokroppen genom svett hämmas när den relativa luftfuktigheten i den omgivande luften ökar på sommaren. Andra mekanismer kan fungera på vintern om det finns giltighet för begreppet "fuktig" eller "fuktig förkylning".

Lägre våttemperaturer som motsvarar torrare luft på sommaren kan leda till energibesparingar i luftkonditionerade byggnader på grund av:

Minskad avfuktningsbelastning för ventilationsluft
Ökad effektivitet för kyltorn
ökad effektivitet hos förångningskylare

Termodynamisk våtlampa temperatur

Den termodynamiska våtkolptemperaturen eller den adiabatiska mättnadstemperaturen är den temperatur en luftvolym skulle ha om den kyls adiabatiskt till mättnad genom avdunstning av vatten i den, all latent värme tillförs av luftvolymen.

Temperaturen för ett luftprov som har passerat över en stor yta av det flytande vattnet i en isolerad kanal kallas den termodynamiska våtkolvstemperaturen-luften har blivit mättad genom att passera genom en konstant, idealisk, adiabatisk mättnadskammare.

Meteorologer och andra kan använda termen "isobaric wet-bulb temperature" för att hänvisa till "termodynamisk wet-bulb temperatur". Det kallas också "adiabatisk mättnadstemperatur", även om meteorologer också använder "adiabatisk mättnadstemperatur" för att betyda "temperatur vid mättnadsnivån", det vill säga den temperatur paketet skulle uppnå om det expanderade adiabatiskt tills det var mättat.

Termodynamisk våtlampatemperatur är ritad på ett psykrometriskt diagram .

Den termodynamiska temperaturen för våtlampor är en termodynamisk egenskap hos en blandning av luft och vattenånga. Värdet som indikeras av en enkel termometer för våtlampor ger ofta en adekvat approximation av den termodynamiska våtlampans temperatur.

För en noggrann termometer för våtkulor är "temperaturen på våtlampan och den adiabatiska mättnadstemperaturen ungefär lika för luft-vattenånga-blandningar vid atmosfärstemperatur och tryck. Detta är inte nödvändigtvis sant vid temperaturer och tryck som avviker avsevärt från vanliga atmosfäriska förhållanden eller för andra gas -ångblandningar. "

Temperaturavläsning av våtlampa-termometer

En våt torrhygrometer med en termometer med våtlampa

Vattlampans temperatur mäts med en termometer som har sin glödlampa insvept i tyg-kallad en strumpa-som hålls våt med destillerat vatten via transporterande åtgärder. Ett sådant instrument kallas en termometer för våtlampor. En allmänt använd enhet för att mäta våt- och torrglödstemperatur är en slyngpsykrometer , som består av ett par kvicksilverlampa-termometrar, den ena med en våt "strumpa" för att mäta temperaturen på den våta lampan och den andra med glödlampan exponerad och torr för torrtemperaturen. Termometrarna är fästa på ett vridbart handtag som gör att de kan virvlas runt så att vatten avdunstar från strumpan och kyler den våta lampan tills den når termisk jämvikt .

En verklig våtlampa-termometer avläser en temperatur som skiljer sig något från den termodynamiska våtlampatemperaturen, men de är mycket nära i värde. Detta beror på en slump: för ett vatten-luft-system råkar det psykrometriska förhållandet (se nedan) vara nära 1, även om det för andra system än luft och vatten kanske inte är nära.

För att förstå varför det är så, överväg först beräkningen av den termodynamiska våtlampans temperatur.

Experiment 1

I detta fall kyls en ström av omättad luft. Värmen från kylning av luften används för att avdunsta lite vatten vilket ökar luftens fuktighet. Vid något tillfälle blir luften mättad med vattenånga (och har svalnat till den termodynamiska våtlampans temperatur). I detta fall kan vi skriva följande energibalans per massa torr luft:

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

${\ displaystyle H _ {\ mathrm {lör}}}$ mättad vattenhalten i luft (kg _{H ₂ O} / kg _{torr luft} )
${\ displaystyle H_ {0}}$ luftens ursprungliga vatteninnehåll (samma enhet som ovan)
${\ displaystyle \ lambda}$ latent värme av vatten (J / kg _{H ₂ O} )
${\ displaystyle T_ {0}}$ initial lufttemperatur (K)
${\ displaystyle T _ {\ mathrm {lör}}}$ mättad lufttemperatur (K)
${\ displaystyle c_ {s}}$ specifik luftvärme (J/kg · K)

Experiment 2

Tänk på en droppe vatten med omättad luft som blåser över den när det gäller den våtkula termometern. Så länge vattentrycket i vattnet i fallet (funktion av dess temperatur) är större än det partiella trycket av vattenånga i luftströmmen, kommer avdunstning att ske. Inledningsvis kommer värmen som krävs för avdunstning från själva droppen eftersom de snabbast rörliga vattenmolekylerna troligen kommer att undkomma droppens yta, så de återstående vattenmolekylerna kommer att ha en lägre medelhastighet och därför en lägre temperatur. Om detta var det enda som hände och luften började torka helt, om luften blåste tillräckligt snabbt, skulle dess partiella tryck av vattenånga förbli konstant noll och droppen skulle bli oändligt kall.

I stället, när droppen börjar kylas, är den nu kallare än luften, så konvektiv värmeöverföring börjar ske från luften till droppen. Vidare beror avdunstningshastigheten på skillnaden i koncentration av vattenånga mellan droppströmgränssnittet och den avlägsna strömmen (dvs den "ursprungliga" strömmen, opåverkad av droppen) och på en konvektiv massaöverföringskoefficient ' som är en funktion av komponenterna i blandningen (dvs. vatten och luft).

Efter en viss period uppnås en jämvikt: droppen har svalnat till en punkt där värmehastigheten som transporteras bort vid avdunstning är lika med värmeförstärkningen genom konvektion. Vid denna punkt är följande energibalans per gränssnitt sant:

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

${\ displaystyle H _ {\ mathrm {lör}}}$ vattenhalt av gränssnittet vid jämvikt (kg _{H ₂ O} / kg _{torr luft} ) (notera att luften i denna region är och har alltid varit mättad)
${\ displaystyle H_ {0}}$ vatteninnehåll i den avlägsna luften (samma enhet som ovan)
${\ displaystyle k '}$ massaöverföringskoefficient (kg/m ² ⋅s)
${\ displaystyle T_ {0}}$ lufttemperatur på avstånd (K)
${\ displaystyle T _ {\ mathrm {eq}}}$ vattendroppstemperatur vid jämvikt (K)
${\ displaystyle h _ {\ mathrm {c}}}$ konvektiv värmeöverföringskoefficient (W/m ² · K)

Anteckna det:

${\ displaystyle (H-H_ {0})}$ är drivkraften för massöverföring (ständigt lika med genom hela experimentet) ${\ displaystyle H _ {\ mathrm {sat}} -H_ {0}}$
${\ displaystyle (T_ {0} -T)}$ är den drivande kraften för värmeöverföring (när delarna är jämvikten uppnåtts) ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {eq}}}$

Låt oss ordna om ekvationen till:

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

Nu går vi tillbaka till vår ursprungliga "termodynamisk wet-bulb" experiment, experiment 1. Om luftströmmen är densamma i båda försöken (det vill säga och är samma), då kan vi likställa de högra sidorna av de båda ekvationerna: ${\ displaystyle H_ {0}}$ ${\ displaystyle T_ {0}}$

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

Ordna om lite:

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

Det är nu klart att om temperaturen i fallet i experiment 2 är densamma som temperaturen i våtlampan i experiment 1. På grund av en slump är detta fallet för blandningen av luft och vattenånga, förhållandet (kallat psykrometriska förhållandet ) är nära 1. ${\ displaystyle {\ dfrac {h _ {\ mathrm {c}}} {k'c _ {\ mathrm {s}}}} = 1}$

Experiment 2 är vad som händer i en vanlig termometer med våtlampa. Det är därför dess avläsning är ganska nära den termodynamiska ("riktiga") våtlampatemperaturen.

Experimentellt läser våtlampa-termometern närmast den termodynamiska våtlampans temperatur om:

Strumpan är skyddad från strålningsvärmeväxling med omgivningen
Luft flyter förbi strumpan tillräckligt snabbt för att förhindra att avdunstad fukt påverkar avdunstning från strumpan
Vattnet som tillförs strumpan har samma temperatur som luftens termodynamiska våtkolvstemperatur

I praktiken skiljer sig värdet från en blötlökstermometer något från den termodynamiska våttemperaturen eftersom:

Strumpan är inte perfekt skyddad från strålningsvärmeutbyte
Luftflödet förbi strumpan kan vara mindre än optimalt
Temperaturen på vattnet som tillförs strumpan kontrolleras inte

Vid relativ luftfuktighet under 100 procent avdunstar vatten från glödlampan som kyler lampan under omgivningstemperaturen. För att bestämma relativ luftfuktighet mäts omgivningstemperaturen med en vanlig termometer, bättre känd i detta sammanhang som en termometer med torr glödlampa . Vid en given omgivningstemperatur resulterar lägre relativ luftfuktighet i en större skillnad mellan torr- och våt-glödlampans temperaturer; våtlampan är kallare. Den exakta relativa luftfuktigheten bestäms genom att läsa från ett psykrometriskt diagram över våtkolvtemperaturer jämfört med torrtemperaturer eller genom beräkning.

Psykrometrar är instrument med både en våtlampa och en termometer med torr glödlampa.

En blötkulstermometer kan också användas utomhus i solljus i kombination med en jordtermometer (som mäter den infallande strålningstemperaturen ) för att beräkna Wet Bulb Globe-temperaturen (WBGT).

Adiabatisk våtlampa temperatur

Den adiabatiska våtkolvtemperaturen är den temperatur en volym luft skulle ha om den kyls adiabatiskt till mättnad och sedan komprimeras adiabatiskt till det ursprungliga trycket i en fuktig-adiabatisk process (AMS-ordlista). Sådan kylning kan inträffa när lufttrycket minskar med höjden, som anges i artikeln om höjd kondensnivå .

Denna term, enligt definitionen i denna artikel, kan vara vanligast inom meteorologi.

Eftersom värdet som kallas "termodynamisk våttemperatur" också uppnås via en adiabatisk process, kan vissa ingenjörer och andra använda termen "adiabatisk våttemperatur" för att hänvisa till "termodynamisk våttemperatur". Som nämnts ovan kan meteorologer och andra använda termen "isobaric wet-bulb temperature" för att hänvisa till "termodynamisk wet-bulb-temperatur".

"Förhållandet mellan de isobära och adiabatiska processerna är ganska dunkelt. Jämförelser tyder dock på att de två temperaturerna sällan skiljer sig mer än några få tiondelar Celsius, och den adiabatiska versionen är alltid den minsta av de två för omättad luft. . Eftersom skillnaden är så liten, försummas den vanligtvis i praktiken. "

Depression av våtlampor

Den våta glödlampans fördjupning är skillnaden mellan torrglödstemperaturen och den våta glödlampans temperatur. Om det finns 100% luftfuktighet är torr- och våtlampa-temperaturerna identiska, vilket gör att våtlampans fördjupning är lika med noll under sådana förhållanden.

Våt-glödlampans temperatur och hälsa

Levande organismer kan bara överleva inom ett visst temperaturintervall. När omgivningstemperaturen är för hög, kyler många djur sig till under omgivningstemperaturen genom förångningskylning (svett hos människor och hästar, saliv och vatten hos hundar och andra däggdjur); detta hjälper till att förhindra potentiellt dödlig hypertermi på grund av värmestress. Effektiviteten av förångningskylning beror på fuktighet; våtglödstemperatur eller mer komplexa beräknade mängder, såsom våtlampa jordklotstemperatur (WBGT) som också tar hänsyn till solstrålning , ger en användbar indikation på graden av värmespänning och används av flera organ som grund för värme riktlinjer för förebyggande av stress.

En ihållande våtlampatemperatur som överstiger 35 ° C (95 ° F) kommer sannolikt att vara dödlig även för välmående och friska människor, oklädda i skuggan bredvid en fläkt; vid denna temperatur växlar människokroppar från att avge värme till miljön, till att få värme från den. I praktiken kommer sådana idealiska förutsättningar för människor att svalna sig inte alltid att existera-därav de höga dödsnivåerna i de europeiska och 2010 ryska värmeböljorna, som upplevde temperaturer på våtlampor som inte var högre än 28 ° C.

En studie från 2015 drog slutsatsen att beroende på omfattningen av framtida global uppvärmning kan delar av världen bli obeboeliga på grund av dödliga våttemperaturer. En studie från 2020 rapporterade fall där en 35 ° C (95 ° F) blötkolktemperatur redan hade inträffat, om än för kort och på för liten plats för att orsaka dödsfall.

År 2018 implementerade South Carolina nya bestämmelser för att skydda gymnasieelever från värmerelaterade nödsituationer under utomhusaktiviteter. Särskilda riktlinjer och restriktioner finns för våtglödklotstemperaturer mellan 82,8 ° F (27,8 ° C) och 92,0 ° F (33,3 ° C); våtlampa jordklotstemperaturer på 92,1 ° F (33,4 ° C) eller högre kräver att alla utomhusaktiviteter avbryts.

Värmeböljor med hög luftfuktighet

Den 8 juli 2003 såg Dhahran i Saudiarabien det högsta värmeindex som någonsin registrerats vid 178 ° F (81 ° C) med en temperatur på 108 ° F (42 ° C) och en 95 ° F (35 ° C) daggpunkt.
De 2015 Indisk värmebölja saw våt-termometerns temperaturer i Andhra Pradesh nå 30 ° C (86 ° F). En liknande våttemperatur uppnåddes under värmeböljan 1995 i Chicago .
En värmebölja i augusti 2015 såg temperaturer på 48,6 ° C (119,5 ° F) och en daggpunkt på 29,5 ° C (85,1 ° F) vid Samawah , Irak och 114,8 ° F (46,0 ° C) med en daggpunkt på 89,6 ° F (32,0 ° C) i Bandar-e Mahshahr , Iran . Detta innebar temperaturer på våtkulor på cirka 33,5 ° C (92,3 ° F) respektive 34,7 ° C (94,5 ° F). Regeringen uppmanade invånarna att hålla sig borta från solen och dricka mycket vatten.

Högsta registrerade temperaturer för våtlampor

Följande platser har registrerat temperaturer på 34 ° C (93 ° F) eller högre. Väderstationer finns vanligtvis på flygplatser, så andra platser i staden kan ha upplevt högre värden.

WT (° C)	Stad och stat	Land
36.3	Ras Al Khaimah City	UAE
36.2	Jacobabad , Sindh	Pakistan
36	Mecka	Saudiarabien
35.8	Hisar, Haryana	Indien
35.6	Yannarie, västra Australien	Australien
35.4	Villahermosa , Tabasco	Mexiko
35.1	[namnlös plats], Khyber Pakhtunkhwa	Pakistan
35	Maracaibo	Venezuela
35	Matlapa , San Luis Potosi	Mexiko
35	Choix, Sinaloa	Mexiko
34.8	La Paz, Baja California Sur	Mexiko
34.8	Soto la Marina, Tamaulipas	Mexiko
34.7	Medina	Saudiarabien
34.7	Bandar Abbas	Iran
34.6	Machilipatnam mandal , Andhra Pradesh	Indien
34.5	Sahadevkhunta , Balasore , Odisha	Indien
34.4	Bamako	Mali
34.4	Chicxulub, Yucatan	Mexiko
34.1	Rangoon	Burma
34	Ajnala, Punjab	Indien
34	Port Hedland, västra Australien	Australien
34	Empalme, Sonora	Mexiko
34	Tuxpan, Veracruz	Mexiko
34	Paysandú avdelning	Uruguay

Global uppvärmning

Studieresultat indikerar att en begränsning av den globala uppvärmningen till 1,5 ° C skulle hindra de flesta tropikerna från att nå den våta lökstemperaturen för den mänskliga fysiologiska gränsen på 35 ° C.

Languages

In other projects