工热-ch3湿空气第十三章

第十三章湿空气第一节概

述湿空气是什么意思？——含有“水蒸气”的空气，称为“湿空气”——完全不含水蒸气的空气，称为“干空气”一般情况，大气中水蒸气的含量小、变化小，可以近似看作为“干空气”。（干空气是否真实存在？～沙漠）湿空气湿空气是干空气与水蒸气的混合物。湿空气中水蒸气往往处于过热状态。（图？）与湿空气有关的常见工业过程空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、冷却水塔中的水冷却过程等。此时，湿空气中的水蒸气含量的多少，具有特殊意义。分析湿空气时的假定：可将气相混合物视为理想气体混合物；当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或固相中不包含溶解的空气；空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之间的相平衡。什么叫：未饱和空气、饱和空气？——未饱和空气，指所含的水蒸气处于过热状态；饱和空气则指其中水蒸气处于饱和。由理想气体分压力定律1801，定律混合气体总压力p

pi

(各组分分压力之和)p

pa

pv湿空气总压力干空气分压力水蒸气分压力如果是环境大气，则为大气压pb下标约定：a——干空气的参数v——水蒸气的参数s——饱和水蒸气参数无下标－含湿空气（即湿空气）参数第二节湿空气及其状态参数一、绝对湿度绝对湿度：单位容积(1m3)湿空气中包含的水蒸气质量(kg)。（亦即水蒸气的密度）pvkgm3vvg

,v1

v

R

T

在一定温度下：

湿空气中水蒸气的分压力愈大，其绝对湿度愈大；

湿空气中水蒸气的分压力不可能超过该温度下水蒸气的饱和压力pv

pspvkgm3vv

g

,v1

v

R

T

水蒸气达到饱和时，湿空气具有该温度下的最大绝对湿度（此时空气为饱和空气）pv

psR

Tpsg

,vv

s

湿空气未达到饱和时，其中水蒸气的分压力总小于饱和压力，水蒸气处于过热状态（此时湿空气为未饱和空气）pv

psv

s二、相对湿度湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度之比——称为相对湿度s

v

湿空气的绝对湿度饱和空气的绝对湿度pspv水蒸气饱和压力二、相对湿度湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的分压力之比——称为相对湿度或表示为——水蒸气的分压力的变化范围为

0～1（0%～1

0%，对于饱和空气，其相对湿度为1或1

0%）思考——相对湿度愈小，表明什么？的变化范围为

0～1（0%～1

0%，对于饱和空气，其相对湿度为1或1

0%）思考——相对湿度愈小，表明什么？相对湿度愈小，表示空气中水蒸气离饱和状态越远，即越干燥，此时空气吸收水分的能力越强；反之空气愈潮湿，吸湿能力越弱。★根据水蒸气的理想气体状态方程：p

RvTvvsv

svp

RvT和湿空气中水蒸气组元的状态方程：mv

pvV

RvT以及理想气体摩尔成分xv与分压力pv的关系，相对湿度可以表示为：

vs

vpv

mv

xvps

vvs

ms

xs三、饱和蒸汽压、

、绝热饱和温度未饱和空气达到饱和有三种典型的途径：T

s

p1、温度不变的情况下，水分向空气中蒸发，蒸汽的分压力增加，可以达到饱和空气状态，如图中定温过程A－C。达到饱和时，蒸汽分压力就是对应此空气温度的饱和蒸汽压力ps。等温T2、保持湿空气中蒸汽分压力不变，降低湿空气温度，也可以达到饱和，如图A－B。B点的温度为对应于pv的饱和温度，称为温度（简称用td

表示。），生活中的实例比比皆是等压p3、在绝热条件下向湿空气加入水分，尽其蒸发，也可使空气达到饱和，如图A－G。G点为绝热饱和状态，相应的温度为绝热饱和温度，用Tw

表示。绝热s四、湿空气的含湿量dkgkg

(干空气）amd

mv由于在干燥、吸湿等过程中，载热/湿介质为干空气（近似），因此，湿空气的一些状态参数都是以单位质量的干空气为基准的。定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量”四、湿空气的含湿量dkgaa

am

M

nd

mv

Mvnvkg

(干空气）干空气的摩尔质量=28.97×103kg/mol水蒸气的摩尔质量=18.016×103kg/mol定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量”由分压力定律可知：理想气体混合物中各组元的摩尔数之比，等于其分压力之比四、湿空气的含湿量dkgaa

am

M

nd

mv

Mvnvkg

(干空气）干空气的摩尔质量=28.97×103kg/mol水蒸气的摩尔质量=18.016×103kg/mol定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量”由分压力定律可知：理想气体混合物中各组元的摩尔数之比，等于其分压力之比d

Mv

pv

0.622

pv

0.622Ma

papa

0.622pvp

pvpsp

ps四、湿空气的含湿量dkgkg

(干空气）在干燥、吸湿等过程中，载热/湿介质是干空气，湿空气的一些状态参数都是以单位质量干空气为基准的。

0.622

pv

0.622d

Mv

pv

pvMa

pa

pa

p

pvpsp

ps

0.622定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量”

0.622

0.622pvpsp

psMa

pad

Mv

pvpa

0.622

pvp

pv在总压力p不变的情况下，一定的蒸汽分压力对应着一定的含湿量在总压力p不变的情况下，相

对湿度愈大，含湿量也愈高。kg

kg

(干空气）五、湿空气的焓H

maha

mv

hv考虑到湿空气中水蒸气的质量常变，而干空气的质量相对稳定，所以，湿空气的比焓是也相对于单位质量干空气而言的：

ha

dhvah

maha

mv

hvm经验公式：h

1.005

d

(2501

1.86)kJ

kg(干空气）六、湿空气的比体积1

kg干空气与dkg的水蒸气组成的湿空气，其比体积为：Pv

(1

d

)RgT

m3

/kg(干空气)其中：Rg

wi

R

287

461d1

dg

,i详见算例p345,13-1,-2第三节相对湿度测定如果湿空气未饱和，则湿纱布中的水分吸热、汽化，向空气扩散，同时空气也向湿纱布传热，达到热平衡。湿空气的含湿量d越小，汽化越快，吸热越多，湿球温度越低，干湿球温度计的温差越大。测量湿空气真实温度t

湿球温度下的汽化潜热w在温度计读出干/湿球温度计的温差后，就可由表格查到对应t的相对湿度值。w1.86(t

tw

)

t其中：

tw

湿球温度ds

湿球温度下的饱和含湿量d

1.005(tw

t

)

dstw第四节湿空气的焓湿图一、湿空气的焓湿图（h-d图）h-d

图由下列五种线族组成：＝100%饱和空气曲线把h-d

图分成两部分，曲线以上为未饱和湿空气，曲线以下无实际意义。空气温度含湿量蒸汽分压焓比体积相对湿度1、等d

线是一组平行于纵坐标的直线群。2、等焓线（等h

线）等h线是一组与横坐标轴成135°的直线群。等h

线亦可看成为定湿球温度线（tw）含湿量焓3、等温线（等t

线）可见在

h-d

图上，定t线的斜率为正，且随t

增大斜率增大。h

cp,a

t

d

(hc

cp,v

t

)

hc

cp,v

tdht空气温度4、等相对湿度线（等

）定

线是一组向上凸的曲线群。

td是湿空气冷却到＝100%时的温度。因此含湿量d

相同，状态不同的湿空气具有相同的。相对湿度5、水蒸气分压力线0.622

dpdvp

pv

f

(d

)蒸汽分压二、

h-d

图的应用根据2个独立的湿空气参数，可在图上确定其它剩余的湿空气参数：t

tw

pv

d

h

td第五节湿空气过程及其应用一、等湿度加热（或冷却）过程特征：d

0加热：1－2t↑h↑

↓,吸湿能力增强冷却：1－2`（t>td）,

吸湿能力减弱t

h

冷却至凝结，t=td（与100%线相交），出现水滴q

h2

h1例子？二、绝热加湿过程喷水加湿1－2h

0d

t

绝热加湿，增加含湿量，水分蒸发。因与外界绝热，只能由自身热量供给，故温度降低。h1

(d2

d1

)hl

h2小而不计小而不计二、绝热加湿过程喷水加湿1－2h

0d

t

绝热加湿，增加含湿量，水分蒸发。因与外界绝热，只能由自身热量供给，故温度降低。h1

(d2

d1

)hl

h2h1

h2故，沿等焓线变化二、绝热加湿过程喷蒸汽加湿1－2’h2

h1

(d2

d1

)hvh

d

喷蒸汽喷水蒸气加湿，湿空气的焓、含湿量、相对湿度均增加。三、冷却除湿过程到湿空气被冷却温度，空气为饱和状态，继续冷却时将有水蒸气凝结析出，达到对湿空气除湿的目的，如图1-A-2滚筒洗衣机例四、绝热混合过程h3

h1

h2

h3d3

d

1

d2

d

3终态3在初态1与2的连线上五、烘干过程未饱和空气流经湿物料，吸收其水分；为提高吸湿能力，需先加热湿空气。（加热+吸湿），

例六、冷却塔例利用蒸发冷却，将热水降温，获

得工业用循环水。温度、湿度与大气压强物理学告诉 ：“大气压的变化跟天气有密切的关

系．一般地说，晴天的大气压比阴天高，冬天的大气压比夏天高．”对这段叙述可归结为温度、湿度与大气压强的关系问题．通常所称的大气，就是包围在地球周围的整个空气层．它除了含有氮气、氧气及

等多种气体外，还含有水汽和尘埃．

把含水汽很少（即湿度小）的空气称

“干空气”，而把含水汽较多（即湿度大）的空气称“湿空气”．不要以为“干”的东西一定比“湿”的东西轻．其实，干空气的分子量是28.966，而水汽的分子量是18.016，故干空气分子要比水汽分子重．在相同状况下，干空气的密度也比水汽的密度大．水汽的密度仅为干空气密度的62％左右．应当说，由于大气处于地球周围的一个开放空间，而不存在约束其运动范围的具体，这就使它跟处于密闭容器中的气体不同．对一个盛有空气的密闭容器来说，只要容器中气体未达到饱和状态，那么，当向容器中输入水汽的时候，气体的压强必然会增加．而大气的情况则不然．当因自然因素或人为因素使某区域中的大气湿度增大时，则该区域中的“湿空气”分子（包括空气分子和水汽分子）必然要向周围地区扩散．其结果将导致该区域大气中的

“干空气”含量比周围地区小，而水汽含量又比周围地区大．所以该区域的湿空气密度也就小于其它地区的干空气密度．这样，对该区域的一个单位底面积的气柱而言，其重量也就小于其它干空气地区同样的气柱这也就告诉，大气压随空气湿度的增大而减小．就阴天与晴天而言，实际上也就是阴天的空气湿度比晴天要大，因而阴天的大气压也就比晴天小．知道，气体分子的“碰撞”是产生气体压强的根本原因．因而对大气压随空气湿度而变化的问题，也可以由此作出解释，根据气体分子运动的基本理论，气体分子的平均速率：则气体分子的平均动量（仅考虑其大小）由此可见，平均质量大的气体分子，其平均动量也大（有的文献①中所言：“干空气的平均速度也大于湿空气”，是不正确的）．而对相同状况下的干空气与湿空气来说，由于干空气中的气体分子密度及分子的平均质量都比湿空气要大，且干空气分子的平均动量也比湿空气大，因而湿度小的干空气压强也就比湿度大的湿空气

大．当 给盛有空气的密闭容器加热的时候，则其压强当然也会增大．而对大气来说情况就不同了．当某一区域的大气温度因某种因素而升高时，必将引起空气体积的膨胀，空气分子势必要向周围地区扩散．温度高，气体分子固然会运动得快些，这将成为促进压强增大的因素．但另一方面，随着温度的升高，气体分子便向周围扩散，则该区域内的气体分子数就要减少，从而形成一个促使压强减小的因素．而实际的情况乃是上述两种对立因素共同作用的结果．至于这两种因素中哪个起主要作