工程热力学-湿空气

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 湿空气性质一、湿空气成分及压力湿空气=干空气+水蒸汽va p p p B +==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+饱和水蒸汽注意：由未饱和空气到饱和空气的途径：1．等压降温2．等温加压露点温度：维持水蒸汽含量不变，冷却使未饱和湿空气的温度降至水蒸汽的饱和状态，所对应的温度。

三、湿空气的分子量及气体常数Bp M r M r M vv v a a 95.1097.28-=+=Bp R v 378.01287-=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，svρρφ=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；φ值大，示空气如何，吸湿能力如何。

φ 相对湿度的范围：0<<1。

φ应用理想气体状态方程 ，相对湿度又可表示为sv p p =φ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。

定义：含湿量(或称比湿度)：在含有1kg 干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量称为湿空气的)。

g/kg(a)V v P B p d -=622六、焓定义：1kg 干空气的焓和0.001dkg 水蒸汽的焓的总和v a dh h h 001.0+=代入：g/kg(a))85.12501(001.001.1t d t h ++=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：1．降低湿布上水分本身的温度而放出热量。

2．由于空气温度t 高于湿纱布表面温度，通过对流换热空气将热量传给湿球。

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：2312110)(h d d t c h w p =⨯-+-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 21h h =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。

8．2 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、定相对湿度线四、水蒸汽分压力线五、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。

若在过程1-2中，在h-d 图上热、湿交换过程1-2将是连接初态点1与终态点2的一条直线，这一条直线具有一定的斜率，称为热湿比。

dh d d h h ∆∆=--=100010002212ε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。

8．3 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： 12t t >12h h >12φφ<0=∆d kJ /kg(a)=q 12h h -二、冷却过程12t t <12h h <12φφ>（负值） kJ /kg(a)=q 12h h -若 等含湿量冷却0=∆d 三、绝热加湿过程12t t <12h h =12φφ>12d d >每kg 干空气吸收水蒸汽： g /kg(a)12d d d -=∆四、定温加湿过程12t t =12h h >12φφ>12d d > kJ /kg(a)=q 12h h -v dh ∆001.0五、湿空气的混合混合后的状态点：212211a a a a c m m h m h m h ++=212211a a a a c m m d m d m d ++=六、湿空气的蒸发冷却过程443312)(w w w w a h m h m h h m -=- 3124310)(-⨯-=-d d m m m a w w 例1：如果室外空气的参数为p=1.0133bar ，t=30℃,=0.90，现欲经空气φ调节设备供给=20℃，=0.60的湿空气，试用h-d 图分析该空气调节过程，2t 2φ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=62.2kJ/k(a)，φ1h 1d =15.7g/kg(a)同样,由=20℃，=0.60在图上确定终态2,并查得2t 2φ=34.1kJ/k(a)，=15.7g/kg(a)，由定线与=1线的交点4,查得2h 2d 2d φ =26.4kJ/kg(a), =4h 2d 4d 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,但相对湿度增加,温度下降,直降到露点。

所以,是定湿降温过程。

例如,在h-d 图上自初态1沿=15.7g/kg(a)的定湿线进行到与=1线的交点3。

此时已成1d φ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==26.4-62.2=-35.8kJ/kg(a)14h h -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=7.1-15.7=-8.6g/kg(a)14d d d -=∆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(如4点，为了保证空调后的气体温度(本题要求20℃)，去湿后，C t 08.8=常常需要加热升温。

是自状态4沿定线进行到终点2,温度升高，含湿量不4d 变，相对湿度下降，这是定湿加热过程。

加热过程的吸热量也可以用焓差表示,即=34.1-26.4=7.7kJ/kg(a)42h h q -=例2：已知干湿球湿度计的读数为：干球温度t 1=28℃，湿球温度t 2=19℃，当时的大气压力为p 1=1bar ，用查湿空气图求出的含湿量、露点、相对湿度和焓值。

解：查湿空气的h -d 图，当干球温度t 1=28℃、湿球温度t 2=19℃时，湿空气的含湿量为d 1=0.0105kg/（kg/kg(a)），露点t d =14.6℃，相对温度ϕ=44%，湿空气的焓h =55（kg/kg(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。

例3：夏天，大气压力p =1.0133bar ，室外空气t 1=34℃，ϕ1=80%。

空调装置向室内供应t 3=20℃，ϕ3=50%的调节空气，空气供应量m A =50kg/min 。

如果空调过程，先将空气冷却去湿，然后再加热至要求的状态。

试计算：（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h —d 图上查出状态点1、2、3的有关参数，根据t 1、ϕ1查得 d 1=0.0274kg/(kg 干空气) h 1=105kJ/(kg 干空气)根据t 3、ϕ3查得 d 3=0.0073kg/(kg 干空气) h 3=38kJ/(kg 干空气)冷却去湿过程达到的状态为d 2=d 3=0.0073kg/(kg 干空气)的饱和空气状态，照此查得h 2=105kg/(kg 干空气) t 2=9℃（1）空气中需要除去的水分为minkg/005.1)0073.00274.0(50)(21=-⨯=-=d d mm a w （2）冷却介质带走的热量为w w a h m h h mQ --=)(2112其中凝结水的焓为kJ/kg64.379186.42=⨯==t C h pw w故有 min/kJ 2.38667.37005.1)27105(5012=⨯--⨯=Q （3）加热器加入的热量为min/kg 500)2738(50)(2323=-⨯=-=h h mQ a 例4：空气的温度t =12℃，压力p =760mmHg ，相对湿度ϕ=25%，在进入空调房间前，要求处理到d 2=5g/kg 干空气，进入空气处理室的空气流量为120m 3/min 。

假定空气处理室所用的喷雾水的水温为t w =12℃。

若是分别按下列三种过程进行：（1）等干球温度处理；（2）等相对湿度处理；（3）绝热加湿处理。

求进入房间的空气相对湿度、温度、处理每公斤干空由加热器传热的热量。

解：（1）等干球温度处理过程向空气中喷入水，使湿空气的含湿量增加，但由于水在蒸发时要吸热，所以空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：ww a h m h h m Q --=)(12由质量平衡 )(12d d m m a w -=根据t 1=12℃，ϕ1=25%，从h －d 图上查得空气的初参数分别为：d 1=2.1g/kg 干空气，h 1=18.5kJ/kg 干空气，v 1=0.82m 3/kg空气处理室出口的参数为：d 2=5g/kg 干空气，t drv 2=12℃，ϕ2=57%，h 2=18.5kJ/kg 干空气流入的空气流量为120m 3/min ，比容v 1=0.82m 3/kg 。

∴)0021.01(82.01201+=+=a a a m d m m min /kg 03.1460021.134.146==a m 从质量平衡的关系式求得：min /kg 423.010001.2503.146=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=w m ∴加热盘管的供热量为：min/kJ 876.9274.50423.0)5.1825(03.146=⨯--=Q （2）等相对湿度处理过程由于要求出口含湿量d 2=5g/kg 干空气，所以根据ϕ1=ϕ2=25%及d 2=5g/kg 干空气，由h -d 图上查得其它各参数分别为：=25.5℃，h2=38.1kJ/kg 干空气2drv t 入口空气量仍为120m 3/min∴ m a =146.03kg/min ，m w =0.423kg/min ，h 2=50.4kJ/kg加热盘管的加热量为：minkJ/5.28674.50423.0)5.181.38(03.146)(12=⨯--=--=ww a h m h h m Q （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 1=h 2。