Что это за штука, похожая на белый дым, которую видели в кабине перед взлетом?

Прямой ответ

Кондиционер вызывает сильное падение температуры в салоне, присутствующая в воздухе влажность конденсируется в капли воды. Он подобен туману, туману и облакам. Если капли воды вступают в контакт с твердым телом, они образуют росу и влагу. Точнее, это аэрозоль из капель воды.

Капли воды появляются в воздухе, когда температура воздуха опускается ниже точки росы (см. ниже). Это явление точно такое же, как когда морозильная камера открыта и воздух над морозильной камерой контактирует с холодным воздухом из бака морозильной камеры:

^{Марцелл 𝚜̶𝚞̶𝚒̶𝚝̶𝚌̶𝚊̶𝚜̶𝚎̶ морозильник. Источник} .

Краткое объяснение

В вашем случае перед включением кондиционера кабина наполняется воздухом снаружи, который получается теплым и почти насыщенным водяным паром. Температура окружающей среды близка к точке росы. Впрыск более холодного кондиционированного воздуха в кабину снижает температуру вокруг дефлекторов кондиционера ( воздух на входе на рисунке ниже):

^{Циркуляция воздуха в больших герметичных самолетах, из этого ответа}

Температура быстро опускается ниже точки росы, вызывая конденсацию невидимого газа (водяного пара) в видимые капли жидкой воды (туман).

Из-за ограниченной мгновенной мощности системы кондиционирования температура снижается только вокруг дефлекторов кондиционера, а не во всем салоне. Когда капли воды смешиваются с более теплым воздухом в остальной части салона, они немедленно возвращаются в газообразную форму (пар), и при этом они также делают этот воздух немного холоднее ( испарительное охлаждение ).

Как отметил @JanHudec, уровень влажности во время полета должен поддерживаться на низком уровне, чтобы предотвратить окисление конструкции. Влажный воздух из кабины возвращается через декомпрессионные панели в систему кондиционирования, где смешивается с более сухим воздухом из пакетов. После нескольких циклов воздух в салоне становится достаточно сухим, и конденсации больше не происходит.

Другой случай конденсата:

Детальное объяснение

Почему водяной пар конденсируется?

Количество водяного пара в воздухе называется коэффициентом водонасыщения (или относительной влажностью ) и выражается в процентах: 0% для сухого воздуха, 100% для полностью насыщенного воздуха. Насыщенный воздух не может содержать больше водяного пара. Если добавить пар, то он немедленно конденсируется в видимые капли воды.

Насыщение происходит при определенных сочетаниях температуры и давления. При данном давлении, чем выше температура, тем больше количество пара, чем может быть без конденсации. Таким образом, при понижении температуры может образоваться конденсат.

Психрометрия , раздел физики, изучающий, как жидкости и твердые тела кипят или конденсируются, вращается вокруг понятия равновесного давления пара , но для нас, простых смертных, более практичным является понятие точки росы.

точка росы

Количество пара, которое может содержать воздух до насыщения, называется его пароемкостью , она экспоненциально увеличивается с температурой:

^{( Источник )}

Определим два случая:

• Полное насыщение: если количество пара является максимально допустимым для текущей температуры (относительная влажность 100%), снижение температуры или добавление пара вызовет конденсацию некоторого количества пара в воду.

• Частичное насыщение: если воздух не полностью насыщен, существует (более низкая) температура, при которой он становится насыщенным. Эта температура называется точкой росы . Таким образом, независимо от текущей температуры, туман может быть создан путем снижения температуры до достижения точки росы.

Для точности: когда водяной пар присутствует в воздухе, он постоянно конденсируется и испаряется. Точка росы – это точка, в которой конденсация происходит с большей скоростью, чем испарение, и начинают накапливаться капли воды.

Будет ли образовываться туман, зависит от разброса точки росы, то есть разницы между текущей температурой и точкой росы. Когда разброс большой, изменение влажности или температуры должно быть большим. В вашем случае разброс небольшой, т.к. воздух влажный и температура высокая.

Дело Бхубанешвара

До включения системы кондиционирования воздух в салоне такой же, как в аэропорту: 28°С и влажность 85%. АС собирается нагнетать воздух при 20°:

• Количество пара для относительной влажности 85% при 28°C составляет 23 г на кг (85% * 27).
• Пароемкость при 20°: 17 г на кг.

При нагнетании воздуха и снижении температуры вокруг вентиляционных отверстий до 20° воздух становится полностью насыщенным, а избыточные 6 г пара на кг воздуха конденсируются в туман.

^{Относительная влажность воздуха в салоне и туман кондиционера}

Этот воздух возвращается в систему кондиционирования воздуха и смешивается с воздухом из пакетов, которые кондиционируют воздух, поступающий в салон, при относительной влажности 20%, заданной для полета. Избыточные 13,6 г/кг пара (при относительной влажности 20 %) постепенно удаляются с помощью выпускных клапанов, которые регулируют давление в кабине, выпуская за борт столько воздуха, сколько втягивается упаковка. После некоторых циклов воздух содержит всего 3,4 г/кг. пара (цикл упрощается, на самом деле мы бы учитывали также пот и дыхание пассажиров, реиспарение тумана и влажность воздуха ВС)

Для типичной кабины объемом 150 м ³ , содержащей около 175 кг воздуха, извлекается 3,5 кг воды.

Туман в самолете действительно является проблемой, туман снаружи самолета - еще одна проблема, так как видимость сильно затруднена. Это требует полетов с использованием правил полетов по приборам (IFR). ППП разрешено только при наличии определенного пилотного рейтинга и авиационного сертификата. Знание точки росы важно для планирования полета, в частности, для того, чтобы знать, потребуется ли IFR. Поэтому точка росы измеряется и публикуется в качестве аэронавигационной информации.

Измерение точки росы

Точку росы можно определить психрометром (система с сухим и мокрым термометрами):

^{Вихрь ( как им пользоваться ) и цифровые психрометры}

Давление, сухая и влажная температуры, точка росы и относительная влажность связаны посредством давления паров. Зная три элемента, можно определить два других. Таким образом, зная давление, температуру в сухом состоянии и температуру во влажном состоянии, можно определить точку росы. Существуют предварительно рассчитанные диаграммы ( диаграммы Молье ) для непосредственного считывания точки росы. Существуют также онлайн-калькуляторы .

Вот вертикальный профиль информации о температуре и влажности ( эмаграмма ), собранный радиозондом в Ирландии:

^{Электрограмма обсерватории Валентия (Ирландия). Источник meteociel.fr}

Вертикальная шкала - это давление (гПа слева, эквивалентная высота справа), а температура - по косой шкале с количеством воды при насыщении для этой температуры. Температура в сухом состоянии отображается считыванием, температура во влажном состоянии — синим, а расчетная точка росы — голубым. Когда кривая точки росы близка к температуре, влажность высока (% относительной влажности по шкале высот) и могут возникать облака/туман (например, ниже 1600 м в этом примере).

Информация о точке росы и тумане/тумане

Отчет KLAX ASOS :

Как упоминалось ранее, когда точка росы близка к температуре окружающей среды и процент влажности высок, видимость низкая и возникает туман.

Общие примеры конденсации

• Иней вокруг труб морозильной камеры: воздух с водяным паром попадает в холодильник, когда дверца открыта. Когда воздух начинает охлаждаться трубами ниже точки росы, возникает конденсат и вокруг них образуется лед.

• Воздух, выдыхаемый в холодную погоду. Воздух в наших легких не насыщен из-за высокой температуры тела, а становится насыщенным, когда начинает остывать.

• Воздух, насыщенный водяным паром, поступающим из скороварки.

• Как указал @RyanMortensen, насыщенный воздух на окнах автомобиля (когда температура снижается ночью или когда воздух насыщается без изменения температуры, потому что в воздухе больше воды/дождя, которые могут испаряться естественным путем - повышение температуры автомобиля выше точки росы – раствор).

• Образование тумана и облаков: Туман, потому что земля холоднее окружающей атмосферы (рано утром), облака, потому что воздух охлаждается ниже точки росы при подъеме (давление и внезапность также играют роль).

• Роса :-)

Когда водяной пар превращается в лед

Когда точка росы ниже 0°C, водяной пар не конденсируется в капли воды, а превращается непосредственно в кристаллы льда ( иней ).

Этот эффект особенно опасен и может привести к обледенению карбюратора поршневого двигателя. Это состояние может возникнуть в областях с низким давлением и низкой температурой, обычно создаваемых внезапным падением давления в дроссельной заслонке Вентури из-за эффекта Вентури и падением температуры из-за испарения топлива .

Для типичного поршневого двигателя этот эффект проявляется в основном при внешней температуре около 10°C, но распространяется на широкий диапазон температур, когда двигатель замедляется (снижение):

^{Условия индукционного обледенения}

Средство от обледенения карбюратора состоит в том, чтобы нагреть карбюратор и поднять точку до безопасной зоны, особенно при спуске.

Для реактивных двигателей индукционное обледенение (не путать с полетом в атмосфере с кристаллами льда или переохлажденными каплями воды) может вызвать образование льда на входе в двигатель. Затем глыбы льда могут разбиться, что приведет к повреждению лопастей, остановке компрессора и/или перегоранию камеры сгорания. Это также может привести к ошибкам чтения датчика EPR (PT2) и последующему фатальному поведению FADEC .

Это конденсированные капли воды. Температура наружного воздуха с высокой влажностью снижается с 28 до 20 ºC (после прохождения цикла сжатия-охлаждения-расширения), и часть водяного пара конденсируется, так как более холодный воздух не может содержать столько же водяного пара, сколько более теплый воздух. Конденсатор расположен перед турбиной расширения. Действительно, как говорит @David Richerby в комментарии: это облако, формирующееся внутри вашего самолета.

Домашний кондиционер тоже имеет цикл сжатия-охлаждения-расширения, но это белое облако никогда не появляется дома. Домашние кондиционеры охлаждают воздух до температуры ниже конечной температуры, конденсируют воду, затем нагревают до конечной температуры так, чтобы относительная влажность на выходе <100%. Системы кондиционирования самолетов не рассчитаны на это, так как это явление происходит только в некоторых аэропортах, при наземном обслуживании и рулении. Как только температура наружного воздуха ниже 20ºC, облака не могут появиться внутри самолета.

РЕДАКТИРОВАТЬ

На краткий миг появился ответ, который был вопросом, а должен был стать комментарием: почему капли не конденсируются, и почему они не мокрые, когда кладешь в них руку. Потому что времени на все это не хватает. : вода выдувается в более теплый воздух с влажностью ниже 100% и снова растворяется. Вода конденсируется на поверхности, когда растворенный водяной пар встречается с более холодной поверхностью, локально охлаждает воздух и дает возможность молекулам воды найти друг друга и собраться в капли конденсата.

Приведенное выше объяснение является лишь техническим объяснением того, как образуется туман.

Причина, по которой вы видите это на А320 в таких условиях, заключается в следующем.

Каждая система кондиционирования воздуха (дом, здание, автомобиль) использует установку для производства холодного хладагента/воды, которая, в свою очередь, охлаждает теплообменник. Приточный воздух проходит через этот теплообменник, а влага на нем конденсируется и сбрасывается. Вы никогда не увидите тумана, потому что выбрасывается сухой холодный воздух.

АУ самолетов разные. Растение слишком тяжелое, а кондиционер редко требуется на самолетах, так как они проводят большую часть своего времени в окружающей среде при температуре -60°C. То, что они действительно требуют, является давлением.

Таким образом, наддув и кондиционер представляют собой комбинированную систему - и она работает на приточном (окружающем/наружном) воздухе. Нет хладагента. Воздух сжимается в двигателях или ВСУ, этот воздух необычайно горячий. Он охлаждается (его нужно только немного охладить - может быть, 50°C или около того), а затем доводится до давления окружающей среды. При возвращении к атмосферному давлению даже окружающий воздух с температурой 50°С теперь ниже точки замерзания. Этот воздух выбрасывается в салон. Он не может удерживать ту же влажность, что и наружный воздух, поэтому образуется туман. Вы заметите, что нигде в цикле влага не может конденсироваться на теплообменнике. В некоторых самолетах используются осушающие колеса, но они не так эффективны, как конденсация влаги на теплообменнике.

После взлета самолета влажность ниже, температура ниже, и явления больше не видны.