工程热力学-湿空气

工程热力学讲稿工程热力学讲稿00第8章湿空气本章基本要求理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、饱和度、湿空气密度、干球温度、湿球温度、露点温度和角系数等概念的定义式及物理意义。熟练使用湿空气的焓湿图。掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析.8。1一、湿空气成分及压力湿空气=干空气+水蒸汽Bpp pa v二、饱和空气与未饱和空气未饱和空气=干空气+过热水蒸汽 饱和空气=干空气+饱和水蒸注意：由未饱和空气到饱和空气的途径：等压降温等温加压和状态,所对应的温度.三、湿空气的分子量及气体常数MrM rM 28.9710.95pva a v v B287Rp10.378 vB工程热力学讲稿工程热力学讲稿PAGEPAGE1结论：湿空气的气体常数随水蒸汽分压力的提高而增大四、绝对湿度和相对湿度绝对湿度:每立方米湿空气中所含水蒸汽的质量.相对湿度:湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度的比值，vvs相对湿度反映湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。思考:在某温度t下,值小，表示空气如何,吸湿能力如何; 值大，示空气如何,相对湿度的范围：0〈〈1.应用理想气体状态方程，相对湿度又可表示为p vpps五、含温量(比湿度）由于湿空气中只有干空气的质量不会随湿空气的温度和湿度而改变.含湿量(或称比湿度)：1kg干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量称为湿空气的)。d622

pv g/kg(a）六、焓

BPV定义：1kg干空气的焓和0。001dkg水蒸汽的焓的总和hha

0.001dhv代入：h(25011.85t) g/kg（a)七、湿球温度用湿纱布包裹温度计的水银头部,由于空气是未饱和空气，湿球纱布上的水分将蒸发,水分蒸发所需的热量来自两部分:工程热力学讲稿工程热力学讲稿PAGEPAGE4降低湿布上水分本身的温度而放出热量。由于空气温度t当达到热湿平衡时，湿纱布上水分蒸发的热量全部来自空气的对流换热，纱布上水分温度不再降低，此时湿球温度计的读数就是湿球温度。湿球加湿过程中的热平衡关系式:hct (d1 pw 2

d)103h1 2由于湿纱布上水分蒸发的数量只有几克,而湿球温度计的读数又较低,在一般的通风空调工程中可以忽略不计.因此 h h1 2结论：通过湿球的湿空气在加湿过程中,湿空气是一个等焓过程。湿空气的焓湿图一、定焓线与定含湿量线二、定干球温度线三、定相对湿度线五、热湿比湿空气在热湿处理过程中,由初态点1变化到终态点2。1-2中，在h-d1—212的一条直线,这一条直线具有一定的斜率，称为热湿比。1h2h1d d

1000hd2 21000表明：湿空气在热、湿交换过程1—2的方向与特点热湿比ε在h—d图上反映了过程线1-2的倾斜度,也称角系数.湿空气的基本热力过程一、加热过程是干燥工程中不可缺少的组成过程之一。状态参数:t t2 1

h h2

2

d0二、冷却过程

qh h2

kJ/kg（a)t t2 1

h h2

2 1工程热力学讲稿工程热力学讲稿PAGEPAGE6qh h2 1

(负值) kJ/kg（a）若d0 等含湿量冷却三、绝热加湿过程t t2 1

h h2

2

d d2 1每kg干空气吸收水蒸汽：dd d g/kg(a)2 1四、定温加湿过程t t2 1

h h2

2

d d2 1qh2五、湿空气的混合

h0.001dh1

kJ/kg（a)混合后的状态点

ma1h

m ha2 21c m m1a1 a2md a1d1m

m da2 2c m ma1 a2六、湿空气的蒸发冷却过程m(ha 2

h)m hw3

m hw4 w4m m m(d d)103w3 w4 a 2 1例1：如果室外空气的参数为p=1.0133bar,t=30℃， =0。90,现欲经空气调节设备供给t=20℃， =0。60的湿空气，试用h-d图分析该空气调节过2 2程，并计算析出的水分及各过程中的热量。解:利用h—d图分析计算该题所给条件下的空调过程，如图8.1，根据所给条件t=30℃, =0。90，在h—d图上确定初态1，并查得h1

=62.2kJ/ka，d1=15。7g/kg（a）同样，由t=20℃， =0。60在图上确定终态2，并查得2 2h=341kJ/k（a，d=15.7g/kg(a，由定d线与 =1线的交点4，查得2 2 2h =26。4kJ/kg(a）,dd4 2 4空调过程的分析：定湿冷却过程：湿空气的冷却过程，因其组成成分不变，即含湿量不变，但图上自初态1沿d=15。7g/kg（a）的定湿线进行到与 =1线的交点3。此1时已成饱和空气,再继续冷却，过程自状态3沿饱和线（临界线）进行，直至与终态含湿量相等的状态4，在这个冷却去湿阶段中，将有水蒸气凝结成水析出，并放出热量.1—4过程的放热量，可用焓差表示，即q=h4

h=26。4—62。2=—35。8kJ/kg(a)1式中负号表示冷却时湿空气放出热量.冷却去湿过程：每公斤干空气所析出的水分等于湿空气含湿量的减少量,即dd d=7。1-15.7=—8.6g/kg(a）4 1式中负号表示湿空气析出水分。加热过程:为了达到工程所要求的湿度,常采用降温去湿,但往往使温度过低（4t8.80C20℃),去湿后，4d42,温度升高，含湿量不即qh2h4=34.1—26。4=7.7kJ/kg(a）工程热力学讲稿工程热力学讲稿PAGEPAGE72：已知干湿球湿度计的读数为：干球温度t=28℃，湿球温度t=19℃,当1 2p=1bar,用查湿空气图求出的含湿量、露点、相对湿度和焓1值。解t=28℃t=19℃时,湿空气1 2d=00105kg/(kg/k（at=14.6℃，=44％，1 d=5（kg/k（a.如与计算值相比，由图上查得的数值误差不大，可以看出湿空气图应用起来简单方便，很有实用价值。3p=1.0133bar，t=34℃，=80%.空调装置向1 1t=20℃，=50%m=50kg/min。如果空调3 3 A（1）每分钟空气需要除去的水分；(2）每分钟冷却介质应带走的热量；(3）加热器加入的热量。解：按给定参数和过程在1、2、3t、1查得d=0.0274kg/（kg干空气） h=105kJ/（kg干空气)1 1 1t、查得d=0。0073kg/(kgh=38kJ/(kg）3 3 3 3d=d=0.0073kg/(kg）的饱和空气状态，2 3照此查得h=105kg/（kg干空气） t=9℃2 2（1）空气中需要除去的水分为 (dw a 1

d)50(0.02740.0073)21.005kg/min(2）冷却介质带走的热量为Q12

(ha

h) hw w其中凝结水的焓为hwCpwt24.186937.64kJ/kg工程热力学讲稿工程热力学讲稿PAGEPAGE12故有 12

5027)1.00537.67386.2kJ/min(3）加热器加入的热量为23

(ha

h)50(3827)2500kg/min4：空气的温度℃，压力p=760mmHg,相对湿度在进入空调房间前,要求处理到d=5g/kg120m3/min2t=12℃w行:（1)等干球温度处理（2)（3）的空气相对湿度、温度、处理每公斤干空由加热器传热的热量。（1）等干球温度处理过程气的干球温度必然要下降（因为将空气的显热变成了汽化潜热).因此要维持空气干球温度不变，在喷雾和加湿的同时，还必须用加热盘管向空气供给足够的热量,以维持处理前后空气的干球温度不变。若喷入空气中的水全部被空气吸收，则根据稳定流动能量方程,由盘管供给空气的热量应为：Q m(ha 2

h)mh1 w w由质量平衡 m m(d d)w a 2 1t=12℃，=25％，图上查得空气的初参数分别为:1 1d=2.1g/kgh=18。5kJ/kgv=0.82m3/kg1 1 1空气处理室出口的参数为:d=5g/kgt=12℃，=57％，h=18.5kJ/kg2 2 2120m3/min，v=0。82m3/kg.1∴120m0.82

mda

m(10.0021)am 146.34a 1.0021

146.03kg/min从质量平衡的关系式求得:52.1m 146.03 0.423kg/minw 1000∴加热盘管的供热量为：Q 146.03(2518.5)0.42350.4927.876kJ/min(2)等相对湿度处理过程d=5g/kg==25％d=5g/kg2 1 2 2图上查得其它各参数分别为：t =25。5℃，h2=38。1kJ/kgdrv2入口空气量仍为120m3/min∴ m=146.03kg/min,m=0.423kg/min，a wh=50。4kJ/kg2加热盘管的加热量为：Q m(ha 2

h)mh1 w w18.5)0.42350.42867.5kJ/min（3）绝热加湿过程绝热加湿过程传给空气的热量为零，所以空气的焓保持不变，即h=h。由于1 2d=5g/kg/kg（a）图上查得其余各参数为:2tdrv2

=5℃,=93％ 过程中加热量:Q=02本章难点混合气体又有重要区别，由于湿空气中的水蒸汽分压力达到饱和压力时将引气的特殊性质：(1）的饱和温度为露点温度。（2）饱和湿空气和未饱和湿空气：依据其湿空气中水蒸汽是否达到饱和状态，可划分这两类湿空气。(3）湿空气的干球温度和湿球温度：湿空气的温度称为干球温度，用湿纱布包住水银温度计的水银柱球部时,紧贴湿球表面的饱和湿空气温度称为湿球温度.通常湿球温度低于干球温度，高于露点温度.思考题不同温度下湿空气的能力是相同的，这种说法是否正确?说明理由。2．湿空气的露点能否等于湿球温度?能否大于湿球温度？湿空气和湿蒸气有什么不同？饱和湿空气和饱和蒸气有什么不同？为什么说未饱和空气中的水蒸气处于过热状态？在高温下湿空气中水蒸气分压力pw

大于大气压力时,相对湿度计算公式=p/p是否还适用？w s用什么方法可使未饱和空气变为饱和空气？如果把20℃时的饱和空气在定压下加热到30℃，它是否还是饱和空气？2℃，50%，会出现什么现象？为什么？作业：8-2、8-5、8—8、8-9、8-10、、8—13热平衡方程解决但需要指定热平衡方程解决但需要指定50度热水加热后回水温度是多少？这里假定回水温度为45度。20013空气比热cp=1.003kJ/（kg＊K)(但粗略计算定为常数),空气的密度1.2kg/立方米(与温度有关，但粗略计算定为常数）,1方=1立方米Q空气=200立方＊1。2kg/立方米＊1.003kJ/(kg＊K）＊13k=3129。36kj水的比热=4.2kj/(kg*K）Q水=x千克*4。2kj/（kg＊K)＊（50—45）k=21x3219。36kj=21xx=153.3kg提醒：此时空气升温终了时温度最高不会超过50度13000×1.2×1。003×A=3562×3600 A=13.66焓值的定义与计算公式焓的总和.空气是得到热量还是失去了热量。量.算相当简便：Q=M*(H_out-H_in）Q是换热量M是气流质量流量H为气流比焓值。其实这不只针对气流，对于气液两相的制冷剂流动，也是同样的计算方法.空气焓值的定义及空气焓值的计算公式ikj/kg干空气。1kgdkg算公式化：i=1.01t+(2500+184t)d（101+184d)t+2500d（kj/kg干空气）式中：t—空气温度℃d-空气的含湿量g/kg干空气1。01-kj/(kg。K）1.84kj