第八章 湿空气

1、第八章第八章 湿空气湿空气 第一节第一节 湿空气湿空气的性质的性质 一、湿空气的成分及压力 地球上的大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气及极地球上的大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气及极 微量的其他气体所组成。水蒸气以外的所有组成气体微量的其他气体所组成。水蒸气以外的所有组成气体 称为干空气，看作是不变的整体。因此，大气是干空称为干空气，看作是不变的整体。因此，大气是干空 气与水蒸气组成的混合气体，称为湿空气。气与水蒸气组成的混合气体，称为湿空气。 干空气随时间、地理位置、海拔、环境污染等因素而干空气随时间、地理位置、海拔、环境污染等因素而 产生微小的变化，为便于计算，将干空产生微小的变化，为便

2、于计算，将干空 气标准化，不气标准化，不 考虑微量的其它气体。考虑微量的其它气体。 湿空气湿空气与一般理想混合气体的与一般理想混合气体的最大区别最大区别是水蒸气的成是水蒸气的成 分可能变化。分可能变化。 va ppp 成分成分相对分子质量相对分子质量摩尔成分摩尔成分 O232.000 0.2095 N228.016 0.7809 Ar39.944 0.0093 CO244.01 0.0003 干空气组成表干空气组成表 湿空气的总压力 对通风空调及干燥工程中，一般采用大气作 为工质，这时上式可写成 B=pa+pV 二、饱和空气与未饱和空气 湿空气中水蒸气的状态由其分压力pV和湿空气 的温度t确定

3、。 从未饱和到饱和的途径从未饱和到饱和的途径 T s pv ps 1、 T 加水蒸气加水蒸气 pv a b 3、 pv 不变，不变，T a b a d d c 2、 pv ，Ta c 4、 v a e e 结露结露 Td 露点温度露点温度 Td = Ts(pv) 结露与露点结露与露点 湿润的夏天水管上常出现水珠湿润的夏天水管上常出现水珠? 冷水管冷水管t=20oC T s d pv=0.04bar 大气温度大气温度t=30oC td=28.98oC 干燥的冬天干燥的冬天pv小，小， td0.0 oC结霜结霜 三、湿空气的分子量及气体常数三、湿空气的分子量及气体常数 B P B P MM B p

4、 M M B p M B pB M B p M B p MrMrM V V Va V a V V a V V V a a VVaa 95.1097.28 )02.1897.28(97.28)( 湿空气的分子量M将随着水蒸气分压力pV的增 大而减小，而且始终小于干空气的分子量。 水蒸气的分压力越大，水蒸气的相对含量越多， 湿空气的平均分子量就越小。 湿空气的气体常数 )/( 378. 01 287 95.1097.28 83148314 KkgJ B p B p M R VV 湿空气的气体常数将随水蒸气的分压力的升高而增大。 四、绝对湿度与相对湿度 每每1m3湿空气中所含的水蒸气的质量湿空气中所

5、含的水蒸气的质量1）绝对湿度绝对湿度 )/( 3 mkg TR p V m V VV V )/( 3 mkg TR p s s s 2）相对湿度）相对湿度 1 饱和湿空气饱和湿空气 vs 0( )pp T 在相同的温度下：在相同的温度下： 相对湿度相对湿度 0 干空气干空气 0 1 未饱和湿空气未饱和湿空气 表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度 反映所含水蒸气的饱和程度反映所含水蒸气的饱和程度 s V 越干燥，吸水能力强越干燥，吸水能力强 s V 越湿润，吸水能力低越湿润，吸水能力低 s V s V p p 五、含湿量（比湿度）五、含湿量（比湿度） v

6、vvvv v vs vs 287 461.9 0.6220.622 a a aaa a p V mR Tp Rp d p V mp Rp R T pp pppp 湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准 v a m d m 比湿度比湿度kg水蒸气水蒸气/kg干空气干空气 461 287 a V p p )(/(622622. 0akgg pB p pB p s s V V 六、饱和度六、饱和度 饱和度是表示湿空气饱和程度的另一个参数。 它是湿空气的含湿量d与同温下饱和空气的含湿 量ds的比值，用D表示。 V s s s V V s pB pB pB p

7、pB p d d D 622 622 D 七、湿空气的比体积七、湿空气的比体积 湿空气的比体积是以1kg干空气干空气为基准定义的， 它表示在一定温度T和总压力p下，1kg干空气干空气 和0.001dkg水蒸气水蒸气所占有的容积。 也可看作是用总压力p和含湿量d计算所得的干 空气的比容，即 )(/( 3 akgmv m V v a a 3 10 TRmVp TRmVp VVV aaa )001. 0( VVaa RmRmTVp )(/)(001606. 01 ( 3 akgmd p TR m V v a a 在一定的大气压力p下，湿空气的容积与温度 和含湿量有关。 湿空气的密度湿空气的密度 v

8、d001. 01 not v 1 以以1kg干空气为基准，干空气为基准，理想混合气体理想混合气体 kJ/kg(a) 工程上，取工程上，取0oC时时 八、焓八、焓 温度温度t下下 饱和水的焓饱和水的焓hv=0 ha=0干空气的焓干空气的焓 vv v aa a aa m hm hH hhd h mm Va dhh001. 0 干空气的焓干空气的焓)/(01. 1kgkJttch pa 水蒸气的焓水蒸气的焓 )/(85. 12501kgkJth V )(/)(85. 12501(001. 001. 1akgkJtdth 九、绝热饱和与湿球温度九、绝热饱和与湿球温度 t t*w 水面t*w t*w称为

9、绝热饱和 温度，也称热力 学湿球温度。 热力学湿球温度是湿空气的状态参数，它只取 决于进口湿空气的状态。 在工程应用中，要测量绝热饱和温度是不可能 的，常用干、湿球温度计中湿球温度计的读数 tw来代替t*w 。 干、湿球温度计 如果湿纱布中的水分不蒸发，两支 温度计的读数应该是相等的。 湿球处于热湿平衡状态时，存在 2121 3 10)(hddtch wp 湿空气的焓 及含湿量 湿球纱布表面饱和空 气层的焓、含湿量及 湿球温度 在一般通风空调工程中，可简化为：h1=h2 【例8-1】 【例8-2】 第二节第二节 湿空气的焓湿图湿空气的焓湿图 描述湿空气的参数很多，要决定其状态，必须知道三描述湿

10、空气的参数很多，要决定其状态，必须知道三 个独立的状态参数，才能决定其它参数。个独立的状态参数，才能决定其它参数。 在焓湿图在焓湿图(h-d)上不仅可以表示湿空气的状态，确定其上不仅可以表示湿空气的状态，确定其 状态参数，而且还可以方便地表示出湿空气的状态变状态参数，而且还可以方便地表示出湿空气的状态变 化过程。化过程。 焓湿图是以1kg干空气为基准，并在一定的大气 压力B下,取焓h与含湿量d为坐标而绘制的。 为使图面开阔清晰，h与d坐标轴之间成135的 夹角。 焓湿图的结构焓湿图的结构 d=0 干空气干空气 d h 2、 h 线线 1、d 线线 h 与与 t 很接近很接近 人为将人为将 h

11、旋转成旋转成135度度 h 135度度 )(/)(85. 12501(01. 1akgkJtdth 焓湿图的结构焓湿图的结构 d h 3、t 线线 正斜率的直线正斜率的直线 h 等干球温度线等干球温度线 t 2501 1.863 0 t h d t Const 1.85t 焓湿图的结构焓湿图的结构 d h 是一组向上凸是一组向上凸 的线的线 h 等相对湿度线等相对湿度线 t 4、 线线 %100饱和线饱和线 上部未饱和线上部未饱和线 下部无意义下部无意义 s s pB p d 622 干空气干空气d=0 0 %100 焓湿图的结构焓湿图的结构 ( ) 0.622 ( ) 0.622 0.622

12、 1 s bs b bb p t d pp t p pp d h h t (99.63) sb pp 4、 线线 ts=99.63oCd %100 焓湿图的结构焓湿图的结构 d h h t 0.622 0.622 v bv v b p d pp p p 5、 线线 v p 100% d v p 焓湿图的结构焓湿图的结构 d h h t 6、露点、露点td 100% v p pv下饱和下饱和 湿空气湿空气 1 td 1 焓湿图的结构焓湿图的结构 d h h t 7、湿球温度、湿球温度tw 100% v p 绝热饱和温度绝热饱和温度 td tw t 1w hh 1 焓湿图的结构焓湿图的结构 d h

13、 t 湿球温度湿球温度tw 100% 2121 3 10)(hddtch wp 令d1=0 3 10 212 dtchh wp h2 h1 tw tw 1 2 在一般的空调工程 中，由于湿球温度 较低（30），d2 的数值也较小，因 此上式可简化为定 焓过程处理。 焓湿图的结构焓湿图的结构 d h h t 8、热湿比、热湿比 100% v p 21 21 hhh ddd Const h-d图上为直线图上为直线 0 : 0,0hd :0,0hd : 0,0hd : 0,0hd 角系数：过程方向角系数：过程方向 与特与特征征 4000 焓湿图的结构焓湿图的结构 d h h t 8、热湿比、热湿比

14、100% v p 4000 1 2 4000 已知初态已知初态1 过程斜率已知过程斜率已知 可确定终态可确定终态 焓湿图的结构焓湿图的结构 d h h t 100% v p 不同的不同的pb 不同的不同的h-d图图 【例8-3】 第三节第三节 湿空气的基本热力过程湿空气的基本热力过程 一、单纯加热或冷却过程一、单纯加热或冷却过程 d不变不变 12 q d h 1 2 1 2 1 2 2 加热加热1 221 kJ/kgqhh干空气 放热放热1 221 kJ/kgqhh干空气 h h 二、冷却去湿（析湿冷却）二、冷却去湿（析湿冷却）过程过程 q d h 1 2 1 2 1 2 2 3 4 d1 h

15、1 d4 h4 d1-d4h水 水 1414 hhddhq 水 1414 qhhddh 水 三、绝热加湿三、绝热加湿过程过程 d h 1 1 2 d1 h1 d2 h2 d2-d1h水 水 1212 hddhh 水 t1t2 向空气中喷水，汽化潜热向空气中喷水，汽化潜热 来自空气本身，来自空气本身，t 蒸发冷却过程蒸发冷却过程 12 hh dt0 四、定温加湿四、定温加湿过程过程 d h 1 1 2 d1 h1 d2 h2 d2-d1h水 水 1212 qhddhh 水 t1t2 2121 21 qhhddh hh 水 q h2 h1 设设t不变不变 12 123aaa mmm 五、绝热混合五

16、、绝热混合过程过程 1 12233aaa m hm hm h 空调工程常用方法空调工程常用方法d1 d2 ma2 ma1 ma3 d3 1 1223 3aaa m dm dm d 1 112 23 22 aaa aa m dmm dd mm 132 213 a a mdd mdd 132 213 a a mhh mhh 32 13 dd dd 3213 3213 hhhh dddd 五、绝热混合五、绝热混合过程过程 d h 1 1 2 h3 h2 3 h1 32131 32132 a a hhhhm ddddm d1 d2 ma2 ma1 ma3 d3 ma1 ma2 六、湿空气的蒸发冷却过程

17、 当未饱和湿空气和水直接接触时，水会蒸发而从周围湿空气中当未饱和湿空气和水直接接触时，水会蒸发而从周围湿空气中 吸收汽化潜热，使水和湿空气的温度降低，这一过程称为湿空吸收汽化潜热，使水和湿空气的温度降低，这一过程称为湿空 气的直接蒸发冷却过程。气的直接蒸发冷却过程。 若将直接蒸发冷却后的湿空气通过间壁式换热器去冷却室外空若将直接蒸发冷却后的湿空气通过间壁式换热器去冷却室外空 气作为空调送风，则称为湿空气的间接蒸发冷却。气作为空调送风，则称为湿空气的间接蒸发冷却。 1 2 4 3 5 6 7 A t tw td 过程线过程线 水温特点水温特点 t d h A-1 tstd 减减 减减 减减 A-

18、2 ts=td 减减 不变不变 减减 A-3 tdtstw 减减 增增 减减 A-4 ts=tw 减减 增增 不变不变 A-5 twtst 增增 增增 增增 七、冷却塔中的热湿交换过程 热水入口 冷水出口 空气出口 空气入口 3 4 2 1 能量平衡能量平衡 443312 )( wwwwa hmhmhhm 3 1243 10)( ddmmm aww 质量平衡质量平衡 3 12412 433 10)()( )( ddhhh hhm m w www a 【例8-4】 【例8-5】 【例8-6】 例题例题 d h 1 1 2 已知空气的已知空气的t1=20oC， p1=0.1MPa 将其加热至将其加热至t2=50oC， 后送入干燥室，从干燥后送入干燥室，从干燥 室排出时室排出时t3=30oC，求：求： 1） 2）从干燥室每吸）从干燥室每吸 收收1kg水分所需空气量水分所需空气量 和加热量和加热量 h2 h1 3 1 0.6 3 ? 例题例题 d h 1 1 2 h2 h1 3 根据根据t1=20oC，p1=0.1MPa， 1 0.6 查图查图 d1=8.9g水蒸气水蒸气/kg干空气干空气 h1=42.8kJ/kg干空气干空气 根据根据d2=d1, t2=50oC 查图查图 h2=73.5kJ/kg干空气干空气 根据根据h3=h2,