Wie sieht dieser weiße Rauch aus, der vor dem Start in der Kabine zu sehen ist?

Direkte Antwort

Die Klimaanlage verursacht einen starken Abfall der Kabinentemperatur, die in der Luft vorhandene Luftfeuchtigkeit kondensiert zu Wassertröpfchen. Es ist ähnlich wie Dunst, Nebel und Wolken. Wenn Wassertröpfchen mit einem Feststoff in Kontakt kommen, bilden sie Tau und Feuchtigkeit. Genau genommen ist es ein Aerosol aus Wassertröpfchen.

Wassertröpfchen erscheinen in der Luft, wenn die Lufttemperatur unter ihren Taupunkt abgesenkt wird (siehe weiter unten). Dieses Phänomen ist genau das gleiche, als wenn ein Gefrierschrank geöffnet wird und Luft über dem Gefrierschrank mit kalter Luft aus dem Gefriertank in Kontakt kommt:

^{Marcellus 𝚜̶𝚞̶𝚒̶𝚝̶𝚌̶𝚊̶𝚜̶𝚎̶ Gefrierschrank. Quelle} .

Schnelle Erklärung

In Ihrem Fall wird die Kabine vor dem Starten der Klimaanlage mit Luft von außen gefüllt, die zufällig warm und nahezu mit Wasserdampf gesättigt ist. Die Umgebungstemperatur liegt nahe am Taupunkt. Die Injektion von kälterer klimatisierter Luft in die Kabine senkt die Temperatur um die Lüftungsschlitze der Klimaanlage (Einlassluft auf dem Bild unten):

^{Luftzirkulation in großen Druckflugzeugen aus dieser Antwort}

Die Temperatur sinkt schnell unter den Taupunkt, wodurch unsichtbares Gas (Wasserdampf) zu sichtbaren flüssigen Wassertröpfchen (Nebel) kondensiert.

Aufgrund der begrenzten Momentankapazität der Klimaanlage wird die Temperatur nur um die Klimaanlagenöffnungen herum gesenkt, nicht in der gesamten Kabine. Wenn sich die Wassertröpfchen mit der wärmeren Luft im Rest der Kabine vermischen, kehren sie sofort in die gasförmige Form (Dampf) zurück und machen diese Luft dadurch auch etwas kälter ( Verdunstungskühlung ).

Wie von @JanHudec betont, muss die Luftfeuchtigkeit während des Fluges niedrig gehalten werden, um eine Oxidation der Struktur zu verhindern. Feuchte Luft aus der Kabine kehrt durch die Dekompressionsplatten zur Klimaanlage zurück, wo sie mit trockener Luft aus den Packs gemischt wird. Nach einigen Zyklen ist die Kabinenluft eher trocken und Kondensation tritt nicht mehr auf.

Ein weiterer Fall von Kondensation:

Ausführliche Erklärung

Warum kondensiert Wasserdampf?

Die Menge an Wasserdampf in der Luft wird als Wassersättigungsverhältnis (oder relative Feuchtigkeit ) bezeichnet und in Prozent ausgedrückt: 0 % für trockene Luft, 100 % für vollständig gesättigte Luft. Gesättigte Luft kann nicht mehr Wasserdampf enthalten. Wird Dampf hinzugefügt, kondensiert dieser sofort zu sichtbaren Wassertröpfchen.

Sättigung tritt bei bestimmten Kombinationen von Temperatur und Druck auf. Je höher die Temperatur bei gegebenem Druck, desto größer die Dampfmenge, als ohne Kondensation vorhanden sein kann. So kann es bei sinkender Temperatur zu Kondensation kommen.

Psychrometrie , der Zweig der Physik, der untersucht, wie Flüssigkeiten und Feststoffe sieden oder kondensieren, dreht sich um den Begriff des Gleichgewichtsdampfdrucks , aber für uns Normalsterbliche ist der Begriff des Taupunkts praktischer.

Taupunkt

Die Dampfmenge, die Luft enthalten kann, bevor sie gesättigt ist, wird als Wasserdampfkapazität bezeichnet, sie steigt exponentiell mit der Temperatur:

^{( Quelle )}

Lassen Sie uns zwei Fälle definieren:

• Vollständige Sättigung: Wenn die Dampfmenge das für die aktuelle Temperatur (100 % relative Luftfeuchtigkeit) zulässige Maximum ist, führt eine Verringerung der Temperatur oder Zugabe von Dampf dazu, dass ein Teil des Dampfs zu Wasser kondensiert.

• Teilsättigung: Wenn Luft nicht vollständig gesättigt ist, gibt es eine (niedrigere) Temperatur, bei der sie gesättigt wird. Diese Temperatur wird als Taupunkt bezeichnet . Unabhängig von der aktuellen Temperatur kann also Nebel erzeugt werden, indem die Temperatur gesenkt wird, bis der Taupunkt erreicht ist.

Der Genauigkeit halber: Wenn Wasserdampf in der Luft vorhanden ist, wird er ständig kondensiert und verdunstet. Der Taupunkt ist der Punkt, an dem die Kondensation stärker auftritt als die Verdunstung und sich Wassertröpfchen ansammeln.

Ob sich Nebel bildet, hängt von der Taupunktspreizung ab, also der Differenz zwischen aktueller Temperatur und Taupunkt. Wenn die Streuung groß ist, muss die Feuchtigkeits- oder Temperaturänderung groß sein. In Ihrem Fall ist die Ausbreitung gering, da die Luft feucht und die Temperatur hoch ist.

Bhubaneshwar-Fall

Vor dem Start der Klimaanlage herrscht in der Kabine die gleiche Luft wie am Flughafen: 28°C und 85% Luftfeuchtigkeit. AC wird Luft bei 20 ° einblasen:

• Die Dampfmenge für 85 % relative Luftfeuchtigkeit bei 28 °C beträgt 23 g pro kg (85 % * 27).
• Dampfkapazität bei 20°: 17 g pro kg.

Wenn Luft eingeblasen und die Temperatur um die Lüftungsöffnungen herum auf 20 °C gesenkt wird, wird die Luft vollständig gesättigt und die 6 g überschüssiger Dampf pro kg Luft werden zu Nebel kondensiert.

^{Relative Luftfeuchtigkeit in der Kabine und AC-Nebel}

Diese Luft kehrt zum Klimaanlagensystem zurück und wird mit Luft aus Packs gemischt, die die in die Kabine eintretende Luft auf die für den Flug angestrebte relative Luftfeuchtigkeit von 20 % konditionieren. Die 13,6 g/kg überschüssiger Dampf (bei 20 % relativer Luftfeuchtigkeit) werden nach und nach durch Ausströmventile abgesaugt, die den Druck in der Kabine regulieren, indem sie so viel Luft über Bord ablassen, wie Packungen einströmen. Nach einigen Zyklen enthält die Luft nur noch 3,4 g/kg Dampf (der Kreislauf ist vereinfacht, eigentlich würden wir auch das Schwitzen und Atmen der Passagiere, die Wiederverdampfung des Nebels und die Luftfeuchtigkeit der Klimaanlage berücksichtigen)

Für eine typische Kabine von 150 m ³ mit etwa 175 kg Luft werden 3,5 kg Wasser extrahiert.

Nebel im Flugzeug ist zwar ein Problem, Nebel außerhalb des Flugzeugs ein weiteres, da die Sicht stark eingeschränkt ist. Es erfordert das Fliegen nach Instrumentenflugregeln (IFR). IFR ist nur mit einer bestimmten Pilotenberechtigung und Luftfahrtzulassung erlaubt. Die Kenntnis des Taupunkts ist wichtig, um einen Flug zu planen, insbesondere um zu wissen, ob IFR erforderlich sein wird. Daher wird der Taupunkt gemessen und als Luftfahrtinformation veröffentlicht.

Messung des Taupunkts

Der Taupunkt kann mit einem Psychrometer (einem System mit Trocken- und Nassthermometern) bestimmt werden:

^{Wirbeln ( wie man es benutzt ) und digitale Psychrometer}

Über den Dampfdruck werden Druck, Trocken- und Nasstemperatur, Taupunkt und relative Luftfeuchtigkeit miteinander verknüpft. Indem drei Elemente bekannt sind, können die beiden anderen bestimmt werden. Die Kenntnis von Druck, Trockentemperatur und Nasstemperatur ermöglicht es also, den Taupunkt zu bestimmen. Es gibt vorberechnete Diagramme ( Mollier-Diagramme ), um den Taupunkt direkt abzulesen. Es gibt auch Online-Rechner .

Hier ist ein vertikales Profil der Temperatur- und Feuchtigkeitsinformationen ( Emagramm ), die von einer Radiosonde in Irland gesammelt wurden:

^{Emagramm vom Valentia Observatory (Irland). Quelle meteociel.fr}

Die vertikale Skala ist der Druck (hPa auf der linken Seite, äquivalente Höhe auf der rechten Seite) und die Temperatur ist auf einer schrägen Skala, mit der Wassermenge bei Sättigung für diese Temperatur. Die Trockentemperatur wird in Read angezeigt, die Nasstemperatur in Blau und der berechnete Taupunkt in Cyan. Wenn die Taupunktkurve nahe an der Temperatur liegt, ist die Feuchtigkeit hoch (% RH auf der Höhenskala) und Wolken/Nebel können auftreten (wie in diesem Beispiel unter 1.600 m).

Informationen zu Taupunkt und Nebel/Nebel

KLAX ASOS-Bericht :

Wie zuvor erwähnt, wenn der Taupunkt nahe der Umgebungstemperatur liegt und der Feuchtigkeitsprozentsatz hoch ist, ist die Sicht gering und Nebel tritt auf.

Gängige Beispiele für Kondensation

• Frost um die Gefrierrohre herum: Luft mit Wasserdampf dringt in den Kühlschrank ein, wenn die Tür geöffnet ist. Wenn die Luft beginnt, durch die Rohre unter den Taupunkt abgekühlt zu werden, tritt Kondensation auf und Eis bildet sich um sie herum.

• Ausgeatmete Luft bei kaltem Wetter. Die Luft in unseren Lungen ist aufgrund der hohen Körpertemperatur nicht gesättigt, wird aber gesättigt, wenn sie beginnt abzukühlen.

• Mit Wasserdampf gesättigte Luft aus einem Schnellkochtopf.

• Wie von @RyanMortensen hervorgehoben, gesättigte Luft an Autofenstern (wenn die Temperatur während der Nacht sinkt oder wenn die Luft ohne Temperaturänderung gesättigt ist, weil mehr Wasser / Regen in der Luft ist, das auf natürliche Weise verdunstet werden kann - Erhöhung der Autotemperatur über dem Taupunkt ist die Lösung).

• Nebel- und Wolkenbildung: Nebel, weil der Boden kälter ist als die umgebende Atmosphäre (früh morgens), Wolken, weil die Luft beim Steigen unter den Taupunkt abgekühlt wird (Druck und Plötzlichkeit spielen auch eine Rolle).

• Tau :-)

Wenn sich Wasserdampf in Eis verwandelt

Wenn der Taupunkt unter 0°C liegt, kondensiert Wasserdampf nicht zu Wassertröpfchen, sondern wird direkt in Eiskristalle ( Reif ) umgewandelt.

Dieser Effekt ist besonders gefährlich und kann im Vergaser eines Kolbenmotors zu Vereisungen führen. Dieser Zustand kann in Bereichen mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur auftreten, die üblicherweise durch den plötzlichen Druckabfall im Drosselklappen-Venturi aufgrund des Venturi-Effekts und des Temperaturabfalls aufgrund der Kraftstoffverdampfung verursacht werden .

Bei einem typischen Kolbenmotor konzentriert sich dieser Effekt auf eine Außentemperatur von etwa 10 °C, erstreckt sich jedoch auf einen großen Temperaturbereich, wenn der Motor verlangsamt wird (Abstieg):

^{Induktionsvereisungsbedingungen}

Das Heilmittel gegen Induktionsvereisung am Vergaser besteht darin, den Vergaser zu erwärmen und den Sollpunkt auf einen sicheren Bereich anzuheben, insbesondere beim Abstieg.

Bei Strahltriebwerken kann Induktionsvereisung (nicht zu verwechseln mit dem Fliegen in der Atmosphäre mit Eiskristallen oder unterkühlten Wassertröpfchen) dazu führen, dass sich am Triebwerkseinlass Eis bildet. Eisblöcke können dann brechen und Schäden an den Laufschaufeln, Verdichterstillstand und/oder Brennkammer-Flammabriss verursachen. Es kann auch Lesefehler der EPR-Sonde (PT2) und nachfolgendes fatales FADEC - Verhalten verursachen.

Das sind kondensierte Wassertropfen. Außenluft mit hoher Luftfeuchtigkeit wird in der Temperatur von 28 - 20 ºC reduziert (nachdem sie einen Kompressions-Kühlungs-Expansionszyklus durchlaufen hat), und ein Teil des Wasserdampfs kondensiert, da kältere Luft nicht so viel Wasserdampf enthalten kann wie wärmere Luft. Der Kondensator befindet sich vor der Expansionsturbine. In der Tat, wie @David Richerby in einem Kommentar sagt: Es ist eine Wolke, die sich in Ihrem Flugzeug bildet.

Eine Haushaltsklimaanlage hat auch einen Kompressions-Kühlungs-Expansionszyklus, aber diese weiße Wolke erscheint nie zu Hause. Haushaltsklimaanlagen kühlen die Luft auf eine Temperatur unter der Endtemperatur, kondensieren das Wasser aus und heizen dann auf die Endtemperatur, sodass die relative Luftfeuchtigkeit < 100 % austritt. Flugzeugklimaanlagen sind dafür nicht ausgelegt, da das Phänomen nur auf einigen Flughäfen, bei der Bodenabfertigung und beim Rollen auftritt. Sobald die Außenlufttemperatur weniger als 20 °C beträgt, können keine Wolken innerhalb des Flugzeugs auftauchen.

BEARBEITEN

Für einen kurzen Moment tauchte eine Antwort auf, die eine Frage war und eigentlich ein Kommentar hätte sein sollen: Warum kondensieren die Tröpfchen nicht, und warum fühlen sie sich nicht feucht an, wenn man hineingreift. Denn für all das reicht die Zeit nicht : Das Wasser wird in wärmere Luft mit einer geringeren Luftfeuchtigkeit als 100 % eingeblasen und löst sich wieder auf. Wasser kondensiert auf einer Oberfläche, wenn der gelöste Wasserdampf auf eine kältere Oberfläche trifft, kühlt die Luft lokal ab und bietet den Wassermolekülen die Möglichkeit, sich zu finden und sich zu Kondensationstropfen zu sammeln.

Die obige Erklärung ist nur eine technische Erklärung dafür, wie sich Nebel bildet.

Der Grund, warum Sie es unter diesen Bedingungen auf dem A320 sehen, ist folgender.

Jedes AC-System (Haus, Gebäude, Auto) verwendet eine Anlage, um ein kaltes Kältemittel/Wasser zu erzeugen, das wiederum einen Wärmetauscher kühlt. Über diesen Wärmetauscher wird die Zuluft geleitet, an dem die Feuchtigkeit kondensiert und abfällt. Sie sehen den Nebel nie, weil es sich um trockene, kalte Luft handelt.

Flugzeug-AC ist anders. Eine Anlage ist zu schwer, und in einem Flugzeug wird ohnehin selten eine Klimaanlage benötigt, da sie die meiste Zeit in einer Umgebung mit -60 ° C verbringen. Was sie benötigen, ist Druckbeaufschlagung.

Daher sind die Druckbeaufschlagung und die Klimaanlage ein kombiniertes System - und es arbeitet mit der Zuluft (Umgebung/Außenluft). Es gibt kein Kältemittel. Die Luft wird in den Motoren oder APU komprimiert, diese Luft ist außerordentlich heiß. Es wird gekühlt (es muss nur ein wenig gekühlt werden - vielleicht 50 ° C oder so) und dann wieder auf Umgebungsdruck gebracht. Wenn es wieder auf Umgebungsdruck gebracht wird, liegt sogar Umgebungsluft mit 50 ° C jetzt unter dem Gefrierpunkt. Diese Luft wird in die Kabine abgegeben. Diese kann nicht die gleiche Feuchtigkeit wie die Außenluft halten, also bildet sich Nebel. Sie werden feststellen, dass die Feuchtigkeit nirgendwo im Kreislauf an einem Wärmetauscher kondensieren kann. Einige Flugzeuge verwenden Trockenmittelräder, aber diese sind nicht so effektiv wie das Kondensieren von Feuchtigkeit auf einem Wärmetauscher.

Nach dem Start des Flugzeugs ist die Luftfeuchtigkeit niedriger, die Temperatur kälter und das Phänomen ist nicht mehr sichtbar.