湿空气性质及状态参数共19页文档
工程热力学与传热学湿空气
水蒸气的扩散
水蒸气在湿空气中的扩散系数较小， 扩散速度较慢，但水蒸气分子间的相 互作用较强。
湿空气的化学反应传质
化学反应传质
01
当湿空气中的物质与其他物质发生化学反应时，物质会发生转
移和变化。
化学反应速率
02
化学反应速率取决于反应物质的浓度、温度和催化剂等因素。
化学反应传质的控制因素
03
化学反应传质通常受到反应动力学和传递过程的控制，需要综
04
湿空气的传热过程
传热的基本概念
热传导
通过物体内部微观粒子的相互作用，将热量从高温区 域传递到低温区域的过程。
对流传热
由于流体运动产生的热量传递现象，包括自然对流和 强制对流。
辐射传热
通过电磁波传递能量的过程，不受物体间相对位置的 影响。
湿空气的传导传热
湿空气的导热系数
湿空气的导热系数随温度 和湿度的变化而变化，是 影响湿空气传导传热的重
目的
热力学的目的是为了揭示热现象的本 质和规律，为能源利用、工程设计和 环境保护等领域提供理论基础和应用 指导。
热力学第一定律
定义
热力学第一定律即能量守恒定律，它 指出能量不能凭空产生也不能凭空消 失，只能从一种形式转化为另一种形 式。
应用
在工程领域中，热力学第一定律用于 分析能量转换和传递过程，如燃烧、 热传导、对流和辐射等，以及评估设 备的效率。
合考虑化学反应和物质传递两个方面的因素。
06
湿空气在工程中的应用
空调系统中的湿空气处理
湿空气调节
在空调系统中，湿空气的处理是至关重要的，需要控制湿度以提 供舒适的室内环境。
除湿和加湿
空调系统中的湿空气处理还包括除湿和加湿，以适应不同的湿度 需求。
第二章湿空气的物理性质及其焓湿图
氙（Xe）
0.0000087
131.30
63.3257
氢（H2）
0.00005
2.01594
4124.4580
甲烷（CH4）
0.00015
16.04303
518.2724
氧化氮（N2O）
0.00005
44.0128
188.9146
臭氧（O3）
0~0.000007夏季
0~0.000002冬季
设混合气体的总压力为P，总体积为V。各组分气体以总体积V单独存在时的分压力为Pi；若各组分气体以总压力P单独存在时的分体积为Vi。则有：
（2-20）
9、混合气体的摩尔成分ki
混合气体的摩尔成分定义为：某组分气体的摩尔数mi与混合气体的总摩尔数m之比，即：
ki=mi/m，mi=Gi/Mi
ki与ri的关系：
相对密度的定义为：某气体单独存在时的密度与某混合气体（通常为空气）的密度之比，即：
（2-19）
相对密度 >1，表示该组分气体比空气重，容易积存于底部；相对密度 <1，表示该组分气体比空气轻，容易积存于顶部。如甲烷CH4相对于空气的分密度为0.552，比空气轻，常常积存于巷道顶部。
8、混合气体的分压力Pi与总压力P的关系
CCO2=43%时， ，人心跳加快；
CCO2=57%时， ，人员休克。
2.1.4湿空气的主要状态参数及其确定法
2.1.4.1湿空气的密度
根据上述可知，湿空气的密度等于干空气密度与水蒸汽密度之和，即
（2-27）
在标准条件下（压力为101325Pa，温度为20℃，即293.15K时），干空气的密度 ，而湿空气的密度则取决于Pq值的大小。
9-1-1湿空气参数
（九）露点td
定义：将湿空气等湿等压冷却至饱和时的温度。（水蒸 气分压pv也不变）
H= H s,td 0.622
ps,td pT ps,td
ps,td f ( td )
对于空气-水系统： 不饱和湿空气：t>tw=tas>td 饱和湿空气： t=tw=tas=td
总结 已知：pT, a/kH=1.09
作业：P385 9-1 9-3
结论：需要已知2个参数方能确定空气的状态， 但不是任2个参数都是独立变量。
[例9-2]已知湿空气的总压pT=1.013×105Pa，相对湿度
j=60%，干球温度t=30℃，试求：（1）湿度H；（2）
露点td；（3）将上述情况湿空气在预热器内加热到100℃ 时所需热量。已知湿空气的质量流量为100kg干空气/h。
（八）绝热饱和温度tas
定义：用大量的水将空气
绝热冷却至饱和时 空气的温度。
注意：少量的湿空气与大量水 接触。
传热达平衡时，空气传给水分的显 热等于水分汽化所需的潜热。因此，
可视为等焓过程。 I1=(1.01+1.88H)t+r0H I2=(1.01+1.88Has)tas+r0Has I1=I2
变量：H, Hs, pv, ps, j, I, t, tw, tas 共9个 方程：共7个
p H 0.622 pT p
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I=(1.01+1.88H)t+2490H
ro t as = t - as ( H as - H ) cH
j=pv/ps
tw=tas ps=f(t)
ps H s 0.622 pT ps
定义：1kg绝干空气及其所带的水气的比热容之和 cpa=1.01kJ/(kg.K) cpw=1.88kJ/(kg.K)
湿空气性质及焓湿图详解
空气。
式中
即： d=mq/mg mq、mg — 分别为水蒸气和干空气的质量，Kg。
➢ 含湿量可以确切地表示空气中实际含有的水蒸气量的多少。 ➢ 空调中常用含湿量的变化来表示空气被加湿或减湿的程度。
2020/5/4
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1、1 湿空气的物理性质
问题与讨论
含湿量与水蒸气分压的关系 将理想气状态方程：PgV=MgRgT ，
调节的对象。 2、湿空气的组成
干空气
N2 O2 其它微量气体
成分较为稳定，可近似看作理想 气体。
水蒸气
含量较少，但其变化对湿空气的干燥及潮湿程度产生重 要影响，是空调中的重要调节对象，也可近似 看作理想
气体。
2020/5/4
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1、1 湿空气的物理性质
二、 湿空气的基本状态参数
含湿图的组成
本节的主要内容
湿球温度与露点温度
含湿图的应用 2020/5/4
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1、2 湿空气的含湿图
一、焓湿图的组成
以比焓h—纵坐标，以含湿量d—横坐标，表示大气压力B一定时 湿空气各个参数之间的关系。包含五种线群：
➢等焓线(为使图线不过密，两坐标轴间夹角为135℃) ➢等温线(干球温度线) ➢等相对湿度线Φ ➢水蒸气分压力线Pq ➢热湿比线
湿空气的基本状态参数是表征湿空气性质的物理量，主要包括
： 1、压力B
湿空气的压力即是所谓的大气压力，等于干空气的分压力与水蒸
气的分压力之和，即：
B=Pg+Pq
PgV=MgRgT ， PqV=MqRqT
式中
Pg、 Pq —分别为湿空气、干空气、水蒸气压力，Pa ；
第二节湿空气的性质和湿度图
第二节 湿空气的性质和湿度图湿空气是绝干空气和水气的混合物。
对流干燥操作中，常采用一定温度的不饱和空气作为干燥介质，因此首先讨论湿空气的性质。
由于在干燥过程中，湿空气中水气的含量不断增加，而绝干空气质量不变，因此湿空气的许多相关性质常以1kg 绝干空气为基准。
7-2-1 湿空气的性质一、湿空气中水分含量的表示方法1．水气分压p 干燥操作压力一定时，湿空气的总压p t 与水气分压p 和绝干空气分压p g 关系如下：p t = p + p g当操作压力较低时，可将湿空气视为理想气体，根据道尔顿分压定律： gV g n n p p = （7-1） 式中 n V ——湿空气中水气的摩尔数；n g ——湿空气中绝干空气的摩尔数。
2．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 gV g g V V n n .M n M n H 6220===量湿空气中绝干空气的质湿空气中水气的质量 （7-2）式中 H ——湿空气的湿度，kg 水气/kg 绝干空气；M v ——水气的摩尔质量，kg/kmol ；M g ——绝干空气的摩尔质量，kg/kmol 。
常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定律： pp p H t -=622.0 （7-3）可见湿度是总压p t 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p s 时，表明湿空气呈饱和状态，此时湿空气的湿度称为饱和湿度H s ，即 st s s p p p .H -=6220 （7-4） 式中 H s ——湿空气的饱和湿度，kg 水气/kg 绝干空气；p s ——空气温度下水的饱和蒸气压，kPa 或Pa 。
3．相对湿度ϕ 在一定温度和总压下，湿空气中的水气分压p 与同温度下水的饱和蒸气压p s 之比的百分数，称为相对湿度，以ϕ表示： %p p s100⨯=ϕ （7-5）当p =0时，ϕ=0，此时湿空气中不含水分，为绝干空气；当p =p s 时，ϕ=1，此时湿空气为饱和空气，水气分压达到最高值，这种湿空气不能用作干燥介质。
湿空气的性质
湿空气的性质在干燥操作中，不饱和湿空气既是载热体又是载湿体，因而可通过空气的状态变化来了解干燥过程的传热、传质特性，为此，应首先了解湿空气的性质。
干燥过程中湿空气中的水分含量是不断变化的，但绝干空气量不变，故湿空气的各性质参数均以1kg 绝干空气作为基准。
1、湿度Ｈ湿度又称湿含量，为湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比，以H表示，单位为kg水汽/kg绝干气，（5-1）式中:M——摩尔质量，kg/kmol；Y——湿空气中水汽与绝干气的摩尔比。
（下标v表示水蒸汽、g表示绝干空气。
）常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定律，由式5-1可得(5-2)式中p——水汽的分压，Pa或kPa;P——总压，Pa或kPa。
当湿空气中的水汽分压等于该空气温度下纯水的饱和蒸汽压时，空气达到饱和,相应的湿度称为饱和湿度，以Hs表示，(5-3)式中ps——空气温度下纯水的饱和蒸汽压，Pa或kPa。
显然，湿空气的饱和湿度是温度与总压的函数，而湿度仅与水汽的摩尔比有关。
2、相对湿度Φ在一定总压下，湿空气中水汽分压p与同温度水的饱和蒸汽压ps的百分比称为相对湿度百分数，简称相对湿度，以Φ表示，(5-4)相对湿度代表空气的饱和程度，由其可判断湿空气能否作为干燥介质；而湿度是湿空气含水量的绝对值，由湿度不能判别湿空气能否作为干燥介质。
当p=ps时，j=1，表示湿空气被水汽所饱和，称为饱和空气，饱和空气不能再吸收水分，因此不能作为干燥介质。
当p=0时，Φ=0，表示湿空气中不含水分，为绝干空气，这时的空气具有最大的吸湿能力。
将式5-4代人式5-2，可得H与Φ的关系式为，(5-5)3、比容v H含1kg绝干气的湿空气之体积称为湿空气的比容，又称为湿容积，以v H表示，单位为m3湿空气/kg 绝干气。
若湿空气视为理想气体，则有，v H =1kg绝干气的体积+H kg水汽的体积（5-6）式中t ——温度，℃。
一定总压下，湿容积是温度和湿度的函数。
湿空气的性质
A t2 冷却
φ=1
S B B’’
201
B’
H 2-0 3 Has
-01
φ=1 B
H
H2 H3
A t
H
A t1 t3 t2 t
H1
t
tas
绝热饱和、非绝热增湿过程
不同温度、湿度的气流的混合过程
固定φ，则可确定t，H的关系
④ 绝热饱和线（等湿球温度线）；
H as − H cH =− t as − t ras
⑤ 湿比热线；
c H = ca + H = 1.01 + 1.88 H 2c0 V
⑥ 比容线； 干比容线
12-0
3-01
υ a = 0.773
273 + t 273
273 + t 273
H = 0.622
ϕPS P − ϕPS
H=f(ϕ,t)
（3） 湿比体积νH (m3/kg干空气)
2021 在p=101.3 kN/m 时
υH υH
22.4 273 + t 22.4 273 + t = × + × H 29 273 18 273 273 + t = (0.773 + 1.244 H ) 273
较为精确。 （8） 露点td
h 201 近似为常数（ =0.96~1.005 ），数值上等于相同条件下的 2 kH -03
说明：测量湿球温度时，空气速度一般需大于5 m/s，使测量
保持空气的H不变，降低温度，使其达到饱和状态时的温度。
Pd H = 0.622 P − pd
pd ：为露点td 时饱和蒸汽压，既该空气在初始状态下的水蒸 气分压pv。
湿空气的湿度图
热工学基础6.1湿空气的状态参数
4.焓
以单位质量干空气为基准，理想混合气体
h
H ma
maha mvhv ma
ha
d hv
kJ/kg干空气
工程上，取 0oC时
干空气的焓 饱和水的焓
ha=0 hv=0
温度 t下
干空气的焓 水蒸气的焓
ha cpt 1.005t hv 25011.863t
h 1.005t d(25011.863t)
6.1 湿空气的状态参数
湿空气＝（干空气＋水蒸气）
理想混合气体
p pa pv
湿空气与一般理想混合气体的最大区别 水蒸气的含量是变量!!
未饱和湿空气和饱和湿空气
水蒸气
过热蒸汽 饱和蒸汽
1、未饱和湿空气
2、饱和湿空气
干空气 ＋
过热水蒸气
干空气 ＋
饱和水蒸气
湿空气的湿度湿空气中所含水蒸气的量
1、绝对湿度 每1m3湿空气中所含的水蒸气的质量
反映所含水蒸气的饱和程度
3、含湿量 湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准
含湿量
d mv ma
kg水蒸气/kg干空气
pvV
d mv RvT pv Ra pv 287
ma
paV
pa Rv
pa 461.9
RaT
0.622 pv 0.622 ps
p pv
p ps
mv
pvV RvT
kg水蒸气/m3湿空气
绝对湿度
mv V
pv RvT
1 vv
v
不常用
T , pv下水蒸气的密度
2、相对湿度
在相同的温度下： 0 pv ps (T )
湿空气性质及焓湿图
h t=25 ℃
ts
Φ=50%
Φ=100%
2019/4/20
27
1、 2
湿空气的含湿图
三、含湿图的应用 1、确定湿空气的状态参数
在给定大气压力B时，只要知道湿空气的任意两个独立状态参数，就 可在焓湿图上确定该空气的其余状态参数。 例：已知B=101325Pa，t=22℃，Φ=65%，试在h-d图上确定该空气的其 它状态参数。 P
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1.2 湿空气的焓湿图
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湿空气的含湿图
本节的主要内容
含湿图的组成
湿球温度与露点温度
含湿图的应用
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1、 2
湿空气的含湿图
一、焓湿图的组成
以比焓h—纵坐标，以含湿量d—横坐标，表示大气压力B一定时 湿空气各个参数之间的关系。包含五种线群：
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成分较为稳定，可近似看作理想 气体。
水蒸气
1、 1
湿空气的物理性质
二、 湿空气的基本状态参数
湿空气的基本状态参数是表征湿空气性质的物理量，主要包括： 1、压力B 湿空气的压力即是所谓的大气压力，等于干空气的分压力与水蒸 气的分压力之和，即： B=Pg+Pq 式中 PgV=MgRgT ， PqV=MqRqT
1、 2
湿空气的含湿图
热湿比线的应用
在h-d图的右下方有以任意点为中心画出的不同数值 的ε线。 实际应用时，利用推平行线的方法，通过已知初状态点，作一条平行于给 定ε值的线，就可画出该空气状态变化的过程线。 若已知终了状态的任一参数值，就可在h-d 图上确定其终了状态点。
d1
d2
湿空气的性质及状态参数
(a)湿空气的干球温度t (b)湿空气的干球温度t (c)湿空气的干球 和湿球温度tw 和露点td 温度t和相对湿度φ 动画
例如，图7-6中A代表一定状态的湿空气，则:
(1)湿度H，由A点沿等湿线向下与水平辅助轴的交点Ｈ，即可 读出Ａ点的湿度值。 (2)焓值I，通过A点作等焓线的平行线，与纵轴交于Ｉ点， 即可读得A点的焓值。 (3)水气分压P，由Ａ点沿等温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。 (4)露点td,由A点沿等湿度线向下与φ =100%饱和线相交于B点， 再由过B点的等温线读出露点td值。
热而达到干燥的目的。
2、对流干燥：工业上广泛应用；传热与传质相伴进行的过程； 干燥介质即是载热体又是载湿体； 典型的对流干燥工艺流程见图7-1
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二、干燥过程进行的条件
对流干燥过程中，物料表面温度 θ i 低于气相主体温度 t ， 因此热量以对流方式从气相传递到固体表面，再由表面向内部 传递，这是个传热过程；固体表面处水气压 Pi高于气相主体中 水气分压因此水气由固体表面向气相扩散，这是一个传质过程。 可见对流干燥过程是传质和传热同时进行的过程，见图7-2
单位:kg/kg(干空气)
2.饱和湿度Hs： (是总压和温度的函数)
3.相对湿度φ：
ps H s 0.622 P ps
pv 100%( ps p) ps pv 100%( ps p) p
4.湿空气比容ν h ： 单位:m3/kg干空气 h
273 t (0.773 1.244 H ) 273
2.吸附脱水法 即用固体吸附剂，如氯化钙、硅胶等吸去物料中 所含的水分。这种方法去除的水分量很少，且成本较高。 3.干燥法 即利用热能，使湿物料中的湿分气化而去湿的方法。 干燥法耗能较大，工业上往往将机械分离法与干燥法联合起来 除湿，即先用机械方法尽可能除去湿物料中的大部分湿分，然 后在利用干燥方法继续除湿。 返回
工程热力学第13章湿空气
湿空气的流动规律可以通过实 验测定，也可以通过理论模型 进行预测。
湿空气的流动规律对于理解湿 空气的性质和行为非常重要， 对于工程应用中涉及湿空气流 动的设备和系统的设计和优化 也具有重要意义。
湿空气的流动阻力
01
湿空气的流动阻力主要包括摩擦阻力和局部阻力。
02
摩擦阻力是由于湿空气在管道或设备内流动时，与壁面摩擦产生的阻 力。
比焓的计算
比焓可以通过湿空气的压力、温度和相对湿度等状态参数计 算得出。在工程应用中，比焓是一个非常重要的参数，用于 计算湿空气的热能转换和传输过程中的热量交换量。
02
湿空气的焓湿图
焓湿图的绘制
确定湿空气的成分
包括水蒸气、干空气和可 能的其它气体。
计算各成分的焓
根据各成分的温度和压力， 计算其焓值。
绘制焓湿图
将各成分的焓值标在图上， 并连接各点形成等焓线。
焓湿图的应用
分析湿空气的热力过程
通过焓湿图可以分析湿空气在不同温度和压力 下的热力状态变化。
计算湿空气的参数
利用焓湿图可以方便地计算湿空气的参数，如 湿度、焓等。
确定湿空气的热力过程
通过焓湿图可以确定湿空气的热力过程，如加热、冷却、加湿、减湿等。
湿空气在空调系统中起着至关重 要的作用，它能够调节室内湿度
和温度，提供舒适的环境。
空调系统中的湿空气处理通常包 括除湿、加湿和通风等过程，以 满足室内湿度和空气质量的要求。
湿空气处理技术在节能和环保方 面也具有重要意义，例如采用热
回收技术、利用自然能源等。
工业过程的湿空气处理
在许多工业过程中，湿空气的处理是必不可少 的，如纺织、造纸、化工等。
湿空气的传热系数是指单位时间内、单位面积上传递的热量，与传热介质、 温度差、换热方式等因素有关。
湿空气的性质与湿度图湿气体=绝干气体湿份蒸汽
解得： φ=0.1892=18.92%
结果显示：湿空气被加热后湿度不变，相对湿度下降了。所以在干燥操作中， 先将空气加热再送入干燥器，目的是降低相对湿度以提高吸湿能力。 ⑵比体积
H 0.772 1.244 0.0147
100% 88.8% 查得30℃时水的饱和蒸气压ps=4.242kPa，故 W 100% ps 4.242 露点td 因pW=pd=3.768kPa，查水的饱和蒸气压表，得饱和温度27.5℃，此温度即为露点
绝热饱和温度tas和湿球温度tW (对空气而言，两者近似相等)
因为Has与tas有关，故需试差。又td≤tas≤t，故设tas的初始值为
pw 100% ps
值越低，空气偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大； =100% 时，p=ps，空气被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿
对于空气-水系统：
H 0.622
ps P ps
湿份为水时，可按下式由系统温度 t 计算饱和蒸汽压
2 3991.11 ps exp 18.5916 15 t 233.84
⑷焓
I=(1.01+1.88×0.0147)×50+2490×0.0147=88.48 kJ/kg绝干气 湿空气被加热后湿度没变化，但温度增高，焓值加大。
空气的湿球温度
湿球温度的测定
当热、质传递达平衡时，空气对水的 供热速率恰等于水汽化的需热速率时
定义式 t tw
tw t
kH
rw ( H w H )
C H 1.01 1.88 H
湿焓iH 或干基湿焓 (kJ/kg绝干气体)