湿空气的性质和湿度图教案

其次节湿空气的性质和湿度图加，而绝干空气质量不变，因此湿空气的很多相关性质常以1kg7-2-1湿空气的性质一、湿空气中水分含量的表示方法p枯燥操作压力肯定时，湿空气的总压pt

p和绝干空气分压p关系如下：gp=p+pt g当操作压力较低时，可将湿空气视为抱负气体，依据道尔顿分压定律：Vp n 〔7-1〕Vp ng g式中n——湿空气中水气的摩尔数；Vn——湿空气中绝干空气的摩尔数。g湿度H又称湿含量，其定义为单位质量绝干空气所带有的水气质量，即湿空气中水气的质量H

VM

V0.622n

〔7-2〕nV湿空气中绝干空气的质量 nM nnVg g g式中H——湿空气的湿度，kg/kgM——水气的摩尔质量，kg/kmol；vM——绝干空气的摩尔质量，kg/kmol。g常压下湿空气可视为抱负气体，依据道尔顿分压定律：H0.622 p 〔7-3〕ppt可见湿度是总压pt

和水气分压p的函数。当空气中的水气分压等于同温度下水的饱和蒸气压ps

时，说明湿空气呈饱和状态，此时湿空气的湿度称为饱和湿度H，即s p

〔7-4〕sH 0.622ss ppt s式中H——湿空气的饱和湿度，kg/kgssp——空气温度下水的饱和蒸气压，kPa或Pa。s相对湿度 在肯定温度和总压下，湿空气中的水气分压p与同温度下水的饱和蒸ps

之比的百分数，称为相对湿度，以表示：p100% 〔7-5〕psp=0=0，p=ps

时，=1，此时湿空气为饱和空气，水气分压到达最高值，这种湿空气不能用作枯燥介质。相对湿度值愈小，气的吸湿力量，而湿度只说明湿空气中水气含量，不能说明湿空气吸湿力量的强弱。7-57-3 p

〔7-6〕sH0.622sptps可见，当总压肯定时，湿度是相对湿度和温度的函数。二、湿空气的比热容和焓湿空气的比热容cH

又称湿热，以cH

表示。在常压下，将1kg绝干空气及其所带有Hkg〔或降低〕1℃时所需吸取〔或放出〕的热量，称为湿热。c=c+cH 〔7-7〕H g v式中ckJ〔kg绝干空气·℃；HckJ〔kg绝干空气·℃；gckJ〔kg水气·℃。v273K～393Kc=1.01kJ/(kgg绝干空气·c=1.88kJ〔kg水气·℃，则vc=1.01+1.88H 〔7-8〕H可见，湿空气的比热容只是湿度的函数。I1kgHkg气的焓，以I表示。I=I+IH 〔7-9〕g v式中I——湿空气的焓，kJ/kgI——绝干空气的焓，kJ/kggI——水气的焓，kJ/kgv0℃时绝干空气和液态水的焓为基准，0r=2490kJ/kg，则0I=ct=1.01t I=rH+ctHg g v 0 vtHg 0 vH)t+rH 〔7-10〕g v 0c、cr=2490kJ/kg7-10，有g v 0I=〔1.01+1.88H〕t+2490H 〔7-11〕可见，湿空气的焓随空气的温度t、湿度H的增加而增大。三、湿空气的比容1kg绝干空气和其所带有的Hkg水气的体积之和，用vHvH

表示。m3湿空气1kg绝干空气常压下，温度为t的湿空气比容计算如下：绝干空气的比容v：gv 22.41t2730.773t273 〔7-12〕g 29 273 273水气的比容v：Vv 22.41t2731.244t273 〔7-13〕V 18 273 273湿空气的比容v：Hv v vH g

0.7731.244Ht273 〔7-14〕273式中v——湿空气比容，m3/kgHv——绝干空气比容，m3/kggv——水气的比容，m3/kgv四、湿空气的温度干球温度t干球温度是湿空气的真实温度，可用一般温度计测得。露点td

不饱和湿空气在总压pt

和湿度H肯定的状况下进展冷却、降温，直至水气到达饱和状态，即H=H，=1，此时的温度称为露点，用t

7-4：s dsH 0.622 p ss ppt stdp，从而依据式〔7-4〕求得空气的湿度。反之假设空气的湿度，可依据式〔7-4〕求s得饱和蒸气压p，再从水蒸气表中查出相应的温度，即为t。s d湿球温度一般温度计的感温球用湿纱布包裹，纱布下端浸在水中，使纱布始终处7-3或平衡的温度称为该空气的湿球温度，用tw

表示。湿球温度计测温原理如下：图7-3 湿球温度的测量将湿球温度计置于温度为tH〔5m/s，以保证对流传热，假定开头时湿纱布上的水温与湿空气的温度t图7-3 湿球温度的测量主体的湿度H，因此纱布外表的水分气化到空气中。此时气化水分所需的潜热只能由水分本身温度下降放出的显热供给，因此，湿纱布上的水温下降，与空气之间产生了温度差，引起对流传热。当空气向湿纱布传递的热量正好等于湿纱布外表水气化所需热量时，过程到达动态平衡，此时湿纱布的水温不再下降，而到达一个稳定的温度。这个稳定温度，就是该空气状态〔温度t，湿度H〕下空气的湿球温度t。w湿球温度tw

是湿纱布上水的温度，它由流过湿纱布的大量空气的温度tH所打算。当空气的温tHtw

也越高；对于饱和湿空气，则湿球温度与干球温度以及露点三者相等。因此，湿球温度tw

是湿空气的状态参数。当湿球温度到达稳定时，从空气向湿球外表的对流传热速率为〔7-15〕w式中Q——空气向湿纱布的传热速率，W；αW/m2·℃；S——湿球外表积，m2；t，t——空气的干、湿球温度，℃。w同时，湿球外表的水气向空气主体的传质速率为〔7-16〕H w式中N——传质速率，kg/s；kkg水〔msΔH；HH——湿球温度tw

下空气的饱和湿度，kg/kg这局部热量又由水气带回到空气主体中，则W

kH

W

W整理得tW

k rt HW a

W

H 〔7-17〕式中r——湿球温度t下水的气化潜热，kJ/kg。W试验证明αkH

W都与Re0.8α/kH

关。对于空气-水系统，α/k≈1.09。可见，湿球温度是空气的温度和湿度的函数。在肯定H压强下，只要测出湿空气的tt7-17H。测湿球温度时，空气的w流速应大于5m/s，以削减热辐射和导热的影响，使测量结果准确。绝热饱和温度tas

绝热饱和温度是湿空气经过绝热冷却过程后到达稳态时的温度，t7-4t、湿度为H的不饱和空气在绝热饱as绝热冷却过程进展到空气被水气饱和时此时的温度称为该空气的绝热饱和温度tH

表示。as as故

－H〕H整理得

as asr

as 〔7-18〕t tasas cH

H Has式中r——温度为t

时水的气化潜热，kJ/kg。as as7-18〔t，H〕的绝热饱和温度tas

是湿空气在绝热冷却、增湿过程中到达的极限冷却温度，只由该湿空气的tH打算，tas

也是空气的状态参数。图7-4 绝热饱和冷却塔示意图1—塔身；2—填料；3—循环泵图7-4 绝热饱和冷却塔示意图1—塔身；2—填料；3—循环泵H H以可认为t≈t对有机液体，如乙醇、苯、甲苯、as W四氯化碳与水的系统，其不饱和气体的t高于t。W as湿球温度tw

和绝热饱和温度tas

都是湿空气的tH等，但它们分别由两个完全不同的概念求得。湿球tW

是大量空气与少量水接触后水的稳定温度；而绝热饱和温度tas

到达饱和状态时的稳定温度，与大量水的温度tas

一样。少量水到达湿球温度tW

时，空气与水之间处于热量传递和水气传递的动态平衡状态；而少量空气到达绝热饱和温度tas

时，空气与水的温度一样，处于静态平衡状态。从以上争论可知，表示湿空气性质的特征温度，有干球温度t、露点t、湿球温度td W及绝热饱和温度t。对于空气-水物系，t≈t，并且有以下关系。as W as不饱和湿空气 t＞t〔或t〕＞tas W d饱和湿空气 t=t〔或t〕=t

〔7-19〕as W d7-1】湿空气的总压p=101.3kPa，相对湿度=0.6，干球温度t=30℃。试t求：①湿度H；②露点t；③绝热饱和温度；④将上述状况的空气在预热器中加热至100℃d所需的热量。空气质量流量为100kg〔以绝干空气计〕/h；⑤送入预热器的湿空气体积流量，m3/h。解：p=101.3kPa，=0.6，t=30℃。t30℃时的蒸气压p=4.25kPas①湿度H7-4 p

0.64.25

kg/kgH0.622pt

sps

0.622101.30.64.250.016②按定义，露点是空气在湿度不变的条件下冷却到饱和时的温度，现pps

0.64.252.55kPa由水蒸气表查得其对应的温度t=21.4℃。d③求绝热饱和温度tasHt tr /cHas as H

Has

〔a〕=3℃并已算出=0.016kg/kc=1.01+1.8=1.01+1.8×0.016=1.04kJ/k，Hr、Ht的函数，皆为未知，可用试差法求解。as as ast=25℃，p=3.17kPa，H

=0.622 p

3.17

kg/kg，as as

as asp pt as

0.622 0.02101.33.17r=2434kJ/k，代入式〕得t=30〔2434/1.0〔0.02-0.01=20.25℃。as as可见所设的tHt=23.7p=2.94kPa，H=0.622as as as as as×2.94/〔101.3-2.94〕=0.0186kg/kg，r=2438kJ/kg，代入式〔a〕得t

=30-〔2438/1.04〕as as〔0.0186-0.016〕=23.9℃。两者根本相符，可认为t=23.7℃。as④预热器中参加的热量=10×〔1.01+1.8×0.01100-3〕=7280kJ/h2.02kW⑤送入预热器的湿空气体积流量V10022.427330 101.3 88m3/h29 273 101.30.64.25 7-2-2 湿空气的H-I图当总压肯定时，说明湿空气性质的各项参数〔t，p，，H，I，tW

等，只要规定其中系绘制成算图——湿度图。常用的湿度图有湿度—温度图-〕和焓湿图-绍焓湿图的构成和应用。一、焓湿图的构成t7-5〔p=101.3kPa〕I-H图。为了使各种关系曲线分散开，承受两坐标轴交角为135°的斜角坐标系。为了便于读取湿度数据，将横轴上湿度H的数值t和湿度H的湿空气状态。现将图中各种曲线分述如下：t等湿线〔即等H线〕等湿线是一组与纵轴平行的直线，在同一根等H线上不同的点都具有一样的湿度值，其值在关心水平轴上读出。等焓线〔即等I线〕等焓线是一组与斜轴平行的直线。在同一条等I线上不同的点所代表的湿空气的状态不同，但都具有一样的焓值，其值可以在纵轴上读出。等温线〔即等t线。将式7-10I=1.01t+〔1.88t+2490〕H 〔7-20〕由上式可知，当空气的干球温度t不变时，IH成直线关系，因此在I-H图中对应不同的t，可作出很多条等t线。式7-20〔1.8+249之间是不平行的。等相对湿度线〔即等线〕等相对湿度线是依据式〔7-6〕绘制的一组从原点动身的曲线。依据式〔7-6〕H0.622

ppspt spt

肯定时，对于任意规定的值，上式可简化为Hps

的关系式，而ps

又是温度的函数，因此对应一个温度t，就可依据水蒸气表查到相应的ps

7-6相应的湿度H，将上述各点〔H，t〕连接起来，就构成等相对湿度线。依据上述方法，可绘出一系列的等7-5=100%的等线为饱和空气线，此时空气完全被水气所饱和。饱和空气线以上〔＜100%〕Ht越高，则相对湿度值就t。目的除了为提高湿空气的焓值=0线为纵坐标轴。水气分压线该线表示空气的湿度H与空气中水气分压p之间关系曲线，可按式〔7-3〕作出。式〔7-3〕可改写为： pH p62tH由此式可知，当湿空气的总压pt

pH而变化。水蒸气分压标于右端纵轴上，其单位为kPa。二、I-H图的用法利用I-H图查取湿空气的各项参数格外便利。湿空气的某一状态点A7-6A的四条参数线的数值，它们是相互独立的参数t、、HIH值读出与其相关但互不独立的p、t的数值；由I值读出与其相关但互不独立的参数t

≈t的数值。d7-6A代表肯定状态的湿空气，则

as W湿度H，由A点沿等湿线向下与水平关心轴的交点H，即可读出A点的湿度值。图7-6 I-H图的用法焓值I，通过A点作等焓线的平行线，与纵轴交于I图7-6 I-H图的用法水气分压p，由A点沿等湿度线向下交水蒸气分压线于C，在图右端纵轴上读出水气分压值。露点tA点沿等湿度线向下与=100%d饱和线相交于B点，再由过B点的等温线读出露点td值。湿球温度t〔绝热饱和温度t，由A点沿W as着等焓线与=100%饱和线相交于DD点的等温线读出湿球温度t〔即绝热饱和温度t值。W as通过上述查图可知，首先必需确定代表湿空气状〔7-6中的A点数。通常依据下述条件之一来确定湿空气的状态点，条件是：湿空气的干球温度t和湿球温度t，见图7-〔。W