工程热力学_湿空气

因此
h1 h 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。 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。
d1 =15.7g/kg(a)
同样 , 由 t2 =20℃， 2 =0.60 在图上确定终态 2, 并查得
h2 =34.1kJ/k(a) ， d2 =15.7g/kg(a) ，由定 d2 线与 =1 线的交点 4, 查得
h4 =26.4kJ/kg(a), d2 = d 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 d1=15.7g/kg(a) 的定湿线进行到与 =1 线的交点 3。此时已成 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
常常需要加热升温。 是自状态 4 沿定 d4 线进行到终点 2, 温度升高， 含湿量不 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 q h2 h4 =34.1-26.4=7.7kJ/kg(a)
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 p1=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 d1=0.0105kg/ （kg/kg(a) ），露点 t d=14.6 ℃，相对温度 =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。
五、湿空气的混合
混合后的状态点： hc
ma1 h1 ma1
ma2 h2 ma2
dc
ma1d 1 ma1
ma2 d 2 ma2
六、湿空气的蒸发冷却过程
ma ( h2 h1) mw 3hw3 mw 4hw4
mw3 mw 4 ma (d 2 d 1 ) 10 3
例 1：如果室外空气的参数为 p=1.0133bar ，t=30 ℃, =0.90 ，现欲经空气
h2=105kg/(kg 干空气 ) t 2=9℃ （1）空气中需要除去的水分为
mw ma (d1 d2 ) 50 (0.0274 0.0073) 1.005kg/ min
（2）冷却介质带走的热量为 Q12 ma (h1 h2 ) mw hw
其中凝结水的焓为 hw C pwt 2 4.186 9 37.64 kJ/kg
h1=h2。由于
t drv 2 =5℃， 2=93% 过程中加热量： Q=0
本章难点
湿空气是一种理想混合气体，遵循理想混合气体的性质，但它与一般理 想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 引起部分水蒸汽的冷凝，湿空气中的水蒸汽的含量将随之改变，因此要注意 湿空气的特殊性质：
∴ 120 ma ma d1 0.82 146.34 ma 1.0021
ma (1 0.0021) 146.03kg / min
从质量平衡的关系式求得：
5 2.1 mw 146.03
1000
0.423kg / min
∴加热盘管的供热量为：
Q 146.03(25 18.5) 0.423 50.4 927.876kJ / min
h2 h1 d2 d2
1000
h 1000
d
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： t 2 t1
h 2 h1
2
1
d0
q h2 h1 kJ /kg(a)
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 1．有人说， 相对温度表示湿空气吸收水蒸气的能力， 所以相对湿度相同时在 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？ 3．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？ 4．为什么说未饱和空气中的水蒸气处于过热状态？ 5．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
应用理想气体状态方程 ，相对湿度又可表示为
pv ps
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 )。
d 622 pv B PV
g/kg(a)
六、焓 定义： 1kg 干空气的焓和 0.001dkg 水蒸汽的焓的总和
例 3：夏天，大气压力 p=1.0133bar ，室外空气 t 1=34℃， 1=80%。空调装置 向室供应 t 3=20℃， 3=50%的调节空气，空气供应量 mA=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、 1 查得 d1=0.0274kg/(kg 干空气 ) h1=105kJ/(kg 干空气 ) 根据 t 3、 3查得 d3=0.0073kg/(kg 干空气 ) h3=38kJ/(kg 干空气 ) 冷却去湿过程达到的状态为 d2=d3=0.0073kg/(kg 干空气 ) 的饱和空气状态， 照 此查得
h ha 0.001dhv
代入： h 1.01t 0.001d( 2501 1.85t ) 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： 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。
(1) 结露和露点：湿空气在定压下降温到与水蒸汽分压力相对应的饱和 温度时，所出现的冷凝现象称为结露，其温度为露点，即水蒸汽分压力相对
应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
故有
Q12 50 (105 27) 1.005 37.67 386.2kJ / min
（3）加热器加入的热量为
Q23 ma (h3 h2 ) 50 (38 27) 500kg / min
例 4：空气的温度 t =12℃，压力 p=760mmH，g相对湿度 =25%，在进入空调房 间前，要求处理到 d2=5g/kg 干空气，进入空气处理室的空气流量为 120m3/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
h2=50.4kJ/kg 加热盘管的加热量为：
Q
ma (h2 h1 ) mw hw
146.03(38.1 18.5) 0.423 50.4
2867.5kJ/ 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 要求 d2=5g/ kg/kg(a) 从 h- d 图上查得其余各参数为：
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，
v s
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，吸湿能力如何。
相对湿度的围： 0< <1。
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
B p pa pv 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
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： h1 c pt w ( d2 d1) 10 3 h2