工程热力学与传热学课件-湿空气

第

十二章

湿空气第十二章湿空气是什么意思？——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”

（是否真实存在？沙漠）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”。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”（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。此时，湿空气中的水蒸气含量的多少就具有特殊意义了。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。湿空气此时，湿空气中的水蒸气含量的多少就具有特殊意义了。与湿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。分析湿空气时的假定：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，道尔顿定律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）参数下标约定：第二节湿空气及其状态参数工程热力学与传热学课件-湿空气一、绝对湿度，饱和空气绝对湿度：单位容积(1m3)湿空气中包含的水蒸气质量(kg)，亦即水蒸气的密度一、绝对湿度，饱和空气在一定温度下：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在一定温度下：

水蒸气达到饱和时，湿空气具有该温度下的最大绝对湿度，这时的空气称为饱和空气。水蒸气达到饱和时，湿空气具有该温度下的最大绝对湿度，这时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，这时湿空气为未饱和空气。湿空气未达到饱和时，其中水蒸气的分压力总小水蒸气的分压力水蒸气饱和压力二、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——水蒸气的分压力水蒸气饱和压力二、相对湿度或表示为——

的变化范围为

0～1（0%～100%，对于饱和空气，其相对湿度为1或100%）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。★的变化范围为0～1（0%～100%，对于饱和空气，其相根据水蒸气的理想气体状态方程：和湿空气中水蒸气组元的状态方程：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：根据水蒸气的理想气体状态方程：和湿空气中水蒸气组元的状态方程三、饱和蒸汽压、露点、绝热饱和温度未饱和湿空气达到饱和有三种典型的途径：三、饱和蒸汽压、露点、绝热饱和温度1、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1、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2、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，称为露点温度（简称露点），用td表示。生活中的实例比比皆是等压2、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3、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3、在绝热条件下向湿空气加入水分，尽其蒸发，也可使空气达到饱四、湿空气的含湿量d定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量”干空气的摩尔质量=28.97×103kg/mol水蒸气的摩尔质量=18.016×103kg/mol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d定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称四、湿空气的含湿量d定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量”干空气的摩尔质量=28.97×103kg/mol水蒸气的摩尔质量=18.016×103kg/mol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d定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称五、湿空气的焓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：五、湿空气的焓经验公式：经验公式：第三节相对湿度测定工程热力学与传热学课件-湿空气？◆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？◆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的相对湿度值。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的相对第四节湿空气的焓-湿图工程热力学与传热学课件-湿空气一、湿空气的焓-湿图（h-d图）h-d图由下列五种线群组成：＝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。一、湿空气的焓-湿图（h-d图）湿空气湿空气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）1、等d线是一组平行于纵坐标的直线群。湿空气湿空气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。3、等温线（等t线）湿空气湿空气4、等相对湿度线（等

）定线是一组向上凸的曲线群。露点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露点。4、等相对湿度线（等）湿空气湿空气5、水蒸气分压力线5、水蒸气分压力线湿空气湿空气二、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：二、h-d图的应用第五节湿空气过程及其应用工程热力学与传热学课件-湿空气一、等湿度加热（或冷却）过程加热：1－2冷却：1－2`（t>td）特征：冷却至凝结，t=td（与100%线相交），出现水滴一、等湿度加热（或冷却）过程加热：1－2冷却：1－2`（t二、绝热加湿过程喷水加湿1－2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。小而不计小而不计二、绝热加湿过程喷水加湿1－2绝热加湿，增加含湿量，水分蒸二、绝热加湿过程喷水加湿1－2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。二、绝热加湿过程喷水加湿1－2绝热加湿，增加含湿量，水分蒸二、绝热加湿过程

喷蒸汽加湿1－2’喷蒸汽喷水蒸气加湿，湿空气的焓、含湿量、相对湿度均增加。二、绝热加湿过程喷蒸汽加湿1－2’喷蒸汽喷水蒸气加湿，湿空三、冷却去湿过程

湿空气被冷却到露点温度，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-2三、冷却去湿过程湿空气被冷却到露点温度，空气为饱和状态四、绝热混合过程终态3在初态1与2的连线上四、绝热混合过程终态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），图书例五、烘干过程未饱和空气流经湿物料，吸收其水分；为提高吸湿能六、冷却塔图书例利用蒸发冷却，将热水降温，获得工业用循环水。六、冷却塔图书例利用蒸发冷却，将热水降温，获得工业用循环水温度、湿度与大气压强

物理学告诉我们：“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．

我们通常所称的大气，就是包围在地球周围的整个空气层．它除了含有氮气、氧气及二氧化碳等多种气体外，还含有水汽和尘埃．我们把含水汽很少（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．温度、湿度与大气压强

物理学告诉我们：“大气压的变应当说，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疆界，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，当我们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．这犹如在大豆中掺入棉籽时其混合体密度要小于大豆密度一样，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我们，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．

我们知道，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，我们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：

应当说，由于大气处于地球周围的一个开放空间，而不存在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．

则气体分子的平均动量（仅考虑其大小）

由此可见当我们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用，我们不妨来看一看大陆及海洋上气压随气温变化的实际情况．我们说，夏季大陆上气温比海洋上高，由于大陆上的空气向海洋上扩散，而使大陆上的气压比海洋上低；冬季大陆气温比海洋上低，由于海洋上空气要向大陆上扩散，又使大陆上气压比海洋上高．而由此可见，在温度变化和分子扩散两个因素中，扩散起着主要的、决定性的作用．应当指出，这里所说的扩散，是指空气的横向流动．因为由空气的纵向流动并不能改变竖直气柱的重量（有的文献②把因温度而产生的气压变化说成是空气沉浮的结果，这是不妥的），因而也就不能改变大气的压强（对重力加速度g因高度变化而产生的影响完全可以忽略）．

当我们给盛有空气的密闭容器加热的时候，则其压强当然也由于地球上的大气总量是基本上恒定的．当一个地区的气温增加时，往往伴随着另一个地区