湿空气和焓湿图的介绍
《湿空气及焓湿图》课件

气压对湿空气的影响
随着湿空气压力的升高,空气的密度和温度也会相 应升高,而湿度和露点温度则会有所降低。
温度
温度
湿空气的温度是指湿空气分子热运动的剧烈程度,通常用摄氏度(℃)表示。 在焓湿图中,温度是一个重要的状态参数,用于表示湿空气的热量状态。
温差对湿度的影响
随着温度的升高,空气的湿度饱和度也会相应升高,因此相对湿度会有所降低 。
焓
焓
湿空气的焓是指湿空气所具有的能量,包括显热和潜热两部分。显热是指湿空气温度变化时所吸收或 释放的热量,而潜热是指水蒸气凝结或蒸发时所吸收或释放的热量。焓是描述湿空气能量状态的重要 参数。
焓对湿空气状态的影响
在焓湿图中,焓是一个与温度和湿度相关的状态参数。随着温度的升高,焓也会相应升高,而随着湿 度的增加,焓会有所降低。
01 02 03 04
影响因素
凝结速率受温度、湿度和压力等 影响。
云的形成
水蒸气在云中凝结,形成云滴或 冰晶,进而形成降雨。
相变过程
相变过程
描述湿空气中水蒸气在不同相态之间转化的过程。
相变类型
包括蒸发、凝结、升华和凝华等。
相变热
在相变过程中释放或吸收的热量,对气候和能量平衡有重要影响。
相变在自然界中的应用
03
湿空气的焓湿图
Chapter
焓湿图的绘制原理
基于湿空气的物理
性质
焓湿图通过将湿空气的湿度、焓 、温度等物理参数进行整合,以 图表形式展示湿空气的状态变化 。
状态点确定
在焓湿图中,每一个状态点代表 一种特定的湿度、焓和温度组合 。通过确定状态点,可以了解湿 空气在不同条件下的特性。
参数关系表达
03
干空气的密度、比热容等物理性质对温度和压力的 变化较为敏感。
湿空气和焓湿图的介绍

湿空气和焓湿图湿空气概论:在空调系统设计中,无论是工业用的,如纺织车间,计算机房,还是民用的,如办公室,商场等,要处理的对象都是空气,因此,了解空气的性质和变化规律才能使空气的调节符合设计要求,为了方便设计计算,空调行业的前辈们绘制了焓湿图(Psychrometric Chart ),它是空调系统设计中一个重要的工具,为了更好地理解空气和焓湿图,先认识一下空气的特性。
在我们生活周围的空气在空调上的定义是:干空气和水蒸气的混合物,被称为湿空气:湿空气=干空气(g)+水蒸气(q)为了研究和计算的方便,假设我们周围的湿空气是理想气体:就是气体分子不占有空间的质点,分子间没有相互作用力。
而湿空气中的水蒸气是处于过热状态,而数量微少,分压力很低,比容很大。
因此理想气体状态方程式也适用于湿空气:而作为理想气体,有以下性质: p = pg + pq m=mg+mq ρ=ρg+ρq ‘i = ig + iqT = Tg = Tq, V = Vg = Vqp 、pg 、 pq —分别为湿空气,、干空气(g )、水蒸汽(q)压力,Pa ; m 、mg 、mq —分别为湿空气、干空气、水蒸汽的质量,Kg ; Rg 、 Rq —分别为干空气及水蒸汽的气体常数, Rg=287J/Kg·K ; Rq=461J/Kg·K ρ、ρg 、ρq—分别为湿空气、干空气、水蒸汽的密度,Kg/m3 ‘h 、hg 、hq—分别为湿空气、干空气、水蒸汽的焓 T 、Tg 、Tq—分别为湿空气、干空气、水蒸汽的温度 V 、Vg 、Vq—分别为湿空气、干空气、水蒸汽的体积湿空气是由干空气和水蒸汽组成,而干空气的成分变化一般不大,而且没有相变,因此比较容易处理,而水蒸汽会随环境的变化而变化,而且达到饱和状态时还会凝结出水分,因此处理比较复杂,而为了理解水蒸气对湿空气的影响,先了解下面几个概念: 大气压力(p/B )一般定义是:以北纬45度处海平面的全年平均气压为一个标准大气压力(或物理大气压),p/B=101325Pa ,要注意的是,随着海拔的升高,大气压力不断下降,这时用标准大气压力得出的相关参数就不能再使用了,因为随着压力的下降,湿空气的密度也随着下降,因此,相同容积的湿空气经过风机后全压也会下降,见下式,这时需换算出对应值:另外,大气压力是测试出来的,因此: 绝对压力=当地大气压力+工作压力(表压),这里如果不注明,都指的是绝对压力。
湿空气与焓湿图

湿空气焓湿图
理论上,对于一定的大气压,只要知道空气的任意两个参数,就能算出所有其 他参数。在工程应用中,用公式计算和用查表方法来确定空气状态和参数,比 较繁琐,而且对空气的状态变化过程的分析也缺乏直观的感性认识。因此,为 了便于工程实际应用,通常把一定大气压力下,各种参数之间的相互关系作成 线算图来进行计算。根据所取坐标系的不同,线算图也有好几种,国内常用的 是焓湿图,简称h-d图。 这里需要强调的是,每一张h-d图都是按规定的大气压绘制的,因此在计算工 作中,应选用与要求大气压相符的(或接近的)焓湿图。
推导过程
比焓h是用来表示物质系统能量状态的一个参数,其数值等于比定压热容cp乘 温度t,即 h= cpt 干空气的比定压热容cp,g=1.01kj/(kg· K),故温度为t时干空气的比焓值hg为 hg=1.01t 水蒸气的比定压热容cp,s=1.84kj/(kg· K),温度为t时水蒸气的比焓值hs为
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道尔顿气体分压定律
道尔顿气体分压定律 在任何容器内的气体混合物中,如果各组分之间不发生
化学反应,则每一种气体都均匀地分布在整个容器内,它所产生的压强和它单 独占有整个容器时所产生的压强相同。也就是说,一定量的气体在一定容积的 容器中的压强仅与温度有关。例如,零摄氏度时,1mol 氧气在 22.4L 体积内的 压强是 101.3kPa 。如果向容器内加入 1mol 氮气并保持容器体积不变,则氧气 的压强还是 101.3kPa,但容器内的总压强增大一倍。可见, 1mol 氮气在这种 状态下产生的压强也是 101.3kPa 。
湿空气焓湿图
等φ 线是曲线 等h线是倾斜直线 等d线是垂直线 等t线接近水平,看似平 行,实际互不平行。
最低的一根等φ 线,其值 为φ =100%。这条曲线称 为饱和线。状态在这条线 上的空气处于饱和状态。 在其他φ 线上的空气都是 非饱和的。空气状态不可 能位于饱和线以下的区域 中。
《湿空气及焓湿图》课件

本次课件将深入浅出地解释湿空气和焓湿图的相关内容,展示其广泛的应用 和不可替代的价值。
什么是湿空气?
水蒸气是什么?
水蒸气是一种气体状态的水分子聚集体,是空气中 的重要组分之一。
湿度是什么?
湿度是空气中水蒸气的含量。湿度越高,相对含水 量就越大。
为什么关注湿空气?
湿气会影响我们的生活和工作,了解湿空气对空调、 食品加工、能源开发等领域的作用非常重要。
在食品加工生产中的应用
焓湿图可帮助分析热风烤箱的干燥性能、选择 最合适的干燥工艺条件、预测干燥时间和热风 温度、评估烘干质量。
在环境测试中的应用
根据焓湿图,可预测室内外空气湿度与温度变 化,评估空气干燥设备的性能及研究串流处理 空气的节能效果等。
在能源开发中的应用
通过焓湿图,可分析水汽流变情况,建立矿井 湿空气动态模型,用于预测和监测水汽运移和 沉积形势,评估利用湿空气能源开发水力及其 他新能源的可行性及其持久性。
饱和水蒸气压和相对湿度的关系
1
饱和水蒸气压是什么?
代表水在某一温度下达到气液平衡时,水蒸气对应于该温度下的压强。
2
相对湿度是什么?
在一定温度下,空气所含的水蒸气量与同一温度下所能容纳的最大水蒸气量之比。 相对湿度越高,空气中所含水分越多。
3
饱和线和湿度线
饱和线和相对湿度线交点形成了“露点线”,“干湿球温度差”和“湿度”决定了该点 在图中的位置。
焓湿图中的温湿度操作方法
在调节空调、烘烤、出炉等过程中,使用焓湿图读 点法、横向读线法和纵向读线法等不同方法,根据 图中曲线、线段、点的位置,以求达到想要的温湿 度效果。
为准确测量和维护理想的湿度和温度,建议使用高 质量的温湿度计,如常规的干湿球温度测量计、电 子式的光学测量计或其他高端传感器。
第1章湿空气焓湿图

▪ 特点:含量比较稳定、在研究时允许看成一个整体
▪ 水蒸汽:江河湖海、生产、新陈代谢等 百分比不稳定、随海拔、地区、季节、气候 等因素影响 含量少(但对状态变化影响很大)
“干”--- “湿”
二、空气的状态参数
标准大气压:通常以纬度45o处的海平面上,全 年平均气压为1标准大气压。
绝对压力、工作压力(表压力)的区别与联系
2 水蒸汽分压力(Pq) Steam Partial e
由道尔顿定律分压定律
湿空气的总压力为p
✓空气中的水蒸汽占有与干空气相同的体积,它 的温度等于空气的温度。显然,空气中水蒸汽的 含量越高,它的分压力也越大。 ✓所以从气体分子运动论的观点来看,水蒸汽 分压力大小直接反映了水蒸汽含量的多少。
第一章 湿空气的物 理性质和焓湿图的应用
❖ 湿空气的组成和物理性质 ❖ 湿空气的焓湿图(Psychrometric
Chart) ❖ 干、湿球温度
(Dry-bulb,Wet-bulb Temperature) ❖ 焓湿图的应用
第一节 湿空气的状态参数
一、空气的组成 ▪ 自然界的空气是由干空气和水蒸汽组成的混合物,称为
✓ d仅随水蒸汽多少而改变,可以比较准确表达 湿空气中的水蒸汽量。
✓ 湿空气计算时,以含有1Kg干空气的湿空气作 为计算基础。1kg干空气带d Kg水蒸汽,这时 1kg干空气的湿空气重量是(1+d)kg。
3、相对湿度(Relative Humidity) 湿空气的水蒸汽压力与同温度下饱和湿空气的水蒸 气压力之比
✓ 一定温度下,水蒸汽越多,空气越潮湿,Pq越大;超过 某一限量时,多余的水蒸汽会从空气中析出,水蒸汽含 量达到最大极限,处于饱和状态,称饱和空气。(注意 饱和的含义)。
《空调技术第二版》湿空气性质与焓湿图

2023《空调技术第二版》湿空气性质与焓湿图CATALOGUE目录•湿空气基础知识•湿空气性质•焓湿图•湿空气的焓湿图计算•焓湿图的应用实例•其他应用和展望01湿空气基础知识湿空气的概念干空气指在一定压力下,温度为25℃的空气中,含水蒸气量为0的水空气。
湿空气指在一定压力下,温度为25℃的空气中,含水蒸气量大于0的水空气。
湿空气中的干空气部分称为干空气,它与普通干空气相同,是一种理想气体。
干空气水蒸气湿空气中水蒸气部分称为水蒸气,它是气体状态的水,是空调技术中最重要的组成部分。
湿空气的组成温度湿空气的温度是指湿空气的平均分子动能,也是湿空气中水蒸气与干空气的平均分子动能。
绝对湿度绝对湿度是指湿空气中水蒸气的质量。
在空调技术中,常以水蒸气密度来表示。
压力湿空气的压力是指湿空气分子对容器壁的压强。
在空调技术中,一般指湿空气的大气压力。
比焓比焓是指湿空气中的水蒸气和干空气的焓之和,它表示湿空气的热量含量。
相对湿度相对湿度是指湿空气中水蒸气分压力与相同温度、压力下的饱和水蒸气压力之比。
比湿比湿是指湿空气中水蒸气的质量与湿空气中干空气的质量之比。
湿空气的状态参数02湿空气性质湿空气的物理性质温度温度是湿空气的主要物理性质,与压力和湿度有关。
压力湿空气的压力是湿空气的一个重要物理性质,与温度和湿度有关。
湿度湿度是湿空气的另一个重要物理性质,表示空气中水蒸气含量的多少。
010203比热容湿空气的比热容表示单位质量空气吸收或释放热量的能力。
导热系数湿空气的导热系数表示空气在单位时间内通过单位面积的热流量。
显热容显热容表示在等温条件下,空气吸收或释放热量的能力。
湿空气的热物理性质湿空气在空调工程中的重要性空调设备的选择湿空气的性质对空调设备的选择和运行有着重要的影响。
舒适度和健康湿空气的性质对室内舒适度和人体健康有着重要的影响。
焓湿图的应用焓湿图是空调工程中常用的工具,用于表示湿空气的状态和性质。
03焓湿图焓湿图的定义和组成定义焓湿图是一种用于表示湿空气状态及其关系的图形,基于一定的气象条件和空气处理过程,通过焓湿图可以分析和计算湿空气的参数和状态变化。
湿空气的物理性质与焓湿图

0.00348 B T
0.00348101325 293
1.204kg / m3
14
(2)、由表2.1查,20°C的水蒸汽饱和压力 为Pq.b=2331Pa。则由
g
q
0.003484
B 0.00134 T
Pq T
Pq 100%
Pq.b
0.003484101325 0.00134 0.9 2331 1.195kg / m3
293
293
15
2、试求例一(2)中空气的含湿量及焓 值
16
解答:
d 0.622 Pq.b B Pq.b
含湿量
由: i C p.g t (2500 C p.g t)d 1.01t d (2500 1.84t)
或 i (1.011.84d)t 2500d
7
返回
含湿量
含湿量:含有1kg干空气中的湿空气所带 有的水蒸气的质量
d mq mg
由Vg=Vq=V Tg=Tq=T ,以及Rg=287 J /(kg·K) Rq=46l J/(kg·K)
d R g pq 287 pq 0.622 pq
Rq pg 461pg
pg
当大气压力B一定时,水汽分压力 Pq只取决 于含湿量d
湿空气的物理性质和h-d图的应用 2020/3/1
1
本节主要内容
➢ 湿空气的概念 ➢ 湿空气的基本状态参数 ➢ 湿空气的焓湿图 ➢ 湿球温度及露点温度 ➢ 焓湿图的应用
2
1. 湿空气的概念
• 什么是湿空气?
– 大气=干空气+水蒸气
• 常温常压下湿空气可看作是理想气体:
– 水蒸气是过热状态,分子无体积,分子间无 内聚力: (P 10 MPa) PV=RT
湿空气的认识与焓湿图的简单应用

相对湿度φ
相对湿度是另一种度量湿空气水蒸气含量的 间接指标。 • 它指空气中的水蒸气分压力与同温度下饱 和水蒸气分压力之比,它表示空气接近饱 和的程度。相对湿度大,说明空气潮湿, 接近饱和状态,吸收水蒸气的能力弱,相 对湿度小,说明空气干燥,远离饱和状态, 吸收水蒸气的能力强。
焓湿图的应用
• 两种不同状态的空气混合后的状态参数可以通过计 算的方法确定,也可以在h-d图上用作图法来确定。 下面举例说明
• 我们可以得到以下的结论:“两种不同状态的空气 混合混合状态点(C)必定位于原状态点(W,N) 的连线上,该点(C)将连线分成两段(CW, NC),而两线段的长度比和参与混合的两种空气 的质量(qmw,qmn)成反比。混合点C接近质量 大的空气状态点一端。
举例
• 用2份体积参数为33℃/28℃的空气与3份 体积参数为20℃/18℃的空气混合,
算出混合后,空 气的参数为 25.2 ℃ /22.2 ℃
思考题
• 当空气通过电加热器获得热量时,提高了 室内温度而使室内空气( B ) (A) 含湿量减少(B)相对湿度减少 (C)相对湿度增大(D)含湿量增加 • 湿空气中所含水蒸气减少,则其相对湿度 随之减少。( Ⅹ )
结束
谢谢
中央空调基础知识入门
湿空气的认识与焓湿图的简单应用
湿空气的性质
• 干空气与水蒸汽的混合物称为湿空气
• 常用的基本参数为:压力、温度、密度、 含湿量、相对湿度和焓
含湿量
• 指1KG干空气所伴有的水蒸汽的质量,用 符号d表示,单位为Kg/Kg干空气。 含湿量可以确切的表示湿空气中实际 含有的水蒸气量的多少。 所以在空气调节中常用含湿量的变化 来表
02湿空气性质与焓湿图

temperature)
P P ρq Rg P q q q d= = = 0.622 = 0.622 P (B− P ) ρg R P q g g q
4
一、基础课知识
湿空气的主要参数(2) 湿空气的主要参数(2)
– 相对湿度(relative humidity): 相对湿度( humidity):
3
一.基础课知识
湿空气的主要参数(1) 湿空气的主要参数(1)
– 干球温度(dry bulb 干球温度( – 水蒸气分压力Pq 水蒸气分压力Pq – 饱和水蒸气分压力Pqb=f (t) 饱和水蒸气分压力Pqb=f – 密度和比容 – 含湿量(humidity ratio/moisture content): 含湿量( content):
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-30 T
湿球温度( 湿球温度(Wet bulb temperature)
定义:定压绝热条件下,空气与水直接 定义:定压绝热条件下, 接触达到稳定热湿平衡时的空气绝热饱 和温度 特点: 特点:近似等焓
– 增焓部分是液体显热:∆d 4.19ts 增焓部分是液体显热: – 由湿球温度ts可得 由湿球温度ts ts可得
iC − i B dC − dB GA = = GB i A − iC d A − dC
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四、焓湿图的应用:不同状态空气的混合 焓湿图的应用:
[例]已知GA=2000kg/h,tA=20℃,φA=60%;GB=500kg/h,tB=35℃, 已知G =2000kg/h, =20℃, =60%; =500kg/h, =35℃,
大气压随海拔高度变化
– 海平面: B 海平面:
= 101325 Pa = 1.01325 Bar, Bar, – 饱和水蒸气分压力一般为1000~2000 Pa 饱和水蒸气分压力一般为1000~2000
湿空气性质及焓湿图详解课件

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1.2 湿空气的含湿图
(3) 湿空气的减湿冷却过程(空气冷却器) 使空气和低于其露点温度的表面接触时, 则部分水蒸气将
会在冷表面凝结, 达到冷却减湿的目的(即冷却干燥) 该过程 为在h-d图上可表示为A→G。
A
G
Φ=100%
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1.2 湿空气的含湿图
(4) 湿空气的等焓加湿过程(绝热加湿) 利用循环水喷淋空气时, 空气与水长时间接触, 水及其表面
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。
PqA
dA
Φ=65%
1
t=22℃
Φ=100%
ts t1
h
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1.2 湿空气的含湿图
2.表示湿空气状态的变化过程
代入含湿量定义式:
d Mq M g Pq 287 Pq 0.622 Pq
M g M q Pg 461 Pg
B Pq
可知: 在一定的大气压力B下,d仅与Pq有关,Pq越大, d越大。
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1.1 湿空气的物理性质
5.相对湿度Φ 基本定义:指空气中的水蒸气分压力与同温度下饱和水蒸气
分压力之比。 即: Φ=Pq/Pqb 。
➢ 相对湿度是空调中的一个重要参数,相对湿度的大小对人
体的舒适和健康、工业产品的质量都会产生较大的影响。
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1.1 湿空气的物理性质
6.比焓h 基本定义:指1Kg干空气的比焓和d/1000Kg水蒸气的比焓的总
和,单位KJ/Kg干空气,取0℃时空气的焓值为零,则 : h=1.005t+(2501+1.86t)d/1000
制冷技术:湿空气的物理性质和焓湿图

制冷技术:湿空⽓的物理性质和焓湿图在制冷空调领域,对于空⽓的调节和控制⾮常重要。
调节分别包括温度、湿度和洁净度三部分,今天⼩编先带⼤家⼀起认识⼀下表征湿度的基本参数及图表,这对我们学会调节空⽓湿度满⾜⼯业应⽤要求及调节室内空⽓满⾜舒适度是⾮常重要的。
关于这个话题,我们直接上⽂!湿空⽓的组成和状态参数⼀、什么是湿空⽓⼤⽓=⼲空⽓+⽔蒸汽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!!⼆、理想⽓体状态⽅程式Pv = RT⼲空⽓和⽔蒸汽均可以看作理想⽓体利⽤理想⽓体状态⽅程可以确定空⽓的状态三、湿空⽓的状态参数1.压⼒:⼤⽓压⼒B、⼲空⽓压⼒Pg、⽔蒸⽓分压⼒Pq道尔顿定律:应注意:单位换算,如bar、Pa、mmh2o、mmHg之间⼤⽓压随地理位置的变化表压和绝对压⼒的关系2.温度: t=T-273.15单位换算:K、℃、℉3.⽐容及密度单位容积的湿空⽓所具有的质量,称为密度ρ湿空⽓的密度=⼲空⽓的密度+⽔蒸汽的密度湿空⽓中,⽔蒸汽的含量越多,空⽓的密度越⼩4.湿空⽓的含湿量d当⼤⽓压⼒B⼀定时,⽔蒸汽分压⼒pq 只取决于含湿量d5.相对湿度ϕ表明湿空⽓的饱和程度,吸湿能⼒ϕ与d 的关系:6.湿空⽓的焓i7.露点温度tl定义:在含湿量d不变的条件下,使湿空⽓达到饱和时的温度t1。
湿空⽓的焓湿图在⼤⽓压⼒B⼀定的条件下,取焓i为纵坐标,含湿量d为横坐标,且两坐标之间的夹⾓等于或⼤于135°。
焓湿图的组成:等d线:等i线:等t线:等ϕ线:等ε线:⽔蒸汽分压⼒线: p=f(d)湿球温度湿球温度的概念在空⽓调节中⾄关重要。
理论上:湿球温度是在定压绝热条件下,空⽓与⽔直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度,也称热⼒学湿球温度ts。
热⼒学湿球温度等湿球温度线在焓湿图上的表⽰:因此,可以近似认为等焓线即是等湿球温度线,在⼯程计算中是允许的。
等湿球温度线焓湿图的应⽤确定湿空⽓的状态参数求湿空⽓的露点温度和湿球温度。
湿空气的状态参数和焓湿图

20
5.大气压力变化对焓湿图的影响
根据公式
可知
当φ为常数,pa增大,d 则减少,反之d 则增大,因
此绘制出的等φ线也不同。
对于不同的大气压力应采用与之对应的h-d图,
否则所得到的参数会有误差。
一般大气压力变化不大时,所得结果误差不大,
因此在工程中允许采用同一张h-d图来确定参
湿、增焓、升温过程。
2. 干式冷却过程
用表面温度低于空气(干球)温度却又高于空气露点
温度的空气冷却器来处理空气。空气变化是等湿、减焓、
降温过程。
3. 冷却减湿过程
用表面温度低于空气露点温度的空气冷却器来处理空气所实
现的过程。空气变化是减湿、减焓、降温过程。
24
5.3.2 表示湿空气的状态变化过程
4. 等焓减湿过程
• 使服务空间内的空气温度、湿度、洁净度、气流速度和空气压力梯
度等参数达到给定要求的技术。
3
5.1 湿空气的组成和状态参数
• 5.1.1 湿空气的组成
空调工程中对所处理的空气和特定空间内部的空气都称为湿空气
由干空气和水蒸气所组成的混合物
由干空气和水蒸气所组成的混合物
干空气的主要成分是氮、氧和二氧化碳,,总体上可
计算公式为
式中 T——空气的热力学温度(K)。
7
4.湿量
(1)含湿量d
含湿量的定义为每千克干空气中所含有的水蒸气量,单位用kg/kg(干空气)或g/kg(干空气)表示,
即
可以整理为
含湿量d的单位用g/kg(干空气)表示时,公式可以写为
8
4.湿量
(2)相对湿度φ
湿空气中的水蒸气分压力和相同温度下湿空气的饱和水蒸气分压力之比称为
湿空气的物理性质及其焓湿图

(2)温度 T ) 绝对温标T (K) ) 摄氏温标t (℃) 华氏温标t (℉) (3)湿空气的密度 ρ ) 湿空气的密度等于干空气的密度与水蒸汽的密度之和,即 ρ=ρg+ρq = Pg/RgT + Pq/RqT = 0.003484 B/T - 0.00134Pq/T (kg/m3) 要点: 要点: • 湿空气的密度取决于Pq值的大小,它随水蒸汽分压力Pq的升高而降 低。由于Pq值相对于Pg值而言数值较小,湿空气比干空气轻;在实 际计算中湿空气的密度一般取ρ =1.2Kg/m3 • 空气越潮湿,水蒸汽含量越大,则空气密度越小,大气压力B也越低。 阴雨天气大气压力B比晴天低; • 温度t越高,则空气密度越小,大气压力B也越低。同一地区夏天比 冬天大气压力B低。
2、热湿比 热湿比ε 热湿比
焓湿图可以直观的描述湿空气状态的变化过程。我国现在采用的焓湿图以焓 焓湿图 为纵坐标,以含湿量为横坐标的i-d 斜角坐标图。 为了说明空气由一个状态变为另一个状态的热湿变化过程,在i-d图上还标有 热湿比ε线 热湿比 线。 热湿比ε——湿空气的焓变化与含湿量变化之比,即 热湿比 ε=⊿i/⊿d=(iB- iA)/(dB- dA)=±Q/±W ⊿ ⊿ ( )( ) ± ± ε=⊿i/⊿d/1000 =(iB- iA)/(dB- dA)/1000=±Q/±W/1000 ⊿ ⊿ ( )( ) ± ± 要点: 要点: 焓 i的单位为kJ/kg干,含湿量的单位为kg/(kg干)或g/(kg干), 热量Q的单位为kJ/h,湿量W的单位为kg/h, 热湿比ε有正有负,并代表湿空气状态变化的方向。 i-d图可以表示的参数有 {B,t, d,Φ,i , Pq,ts,tι, Pq,b,d b } ,, , , , , , ,
设有一空气与水直接接触的小室,保证二者有充分的接触表面积和时间, 空气以p,t1,d1,i1状态流入,以饱和状态p,t2,d2,i2流出,由于小室 为绝热的,所以对应于每公斤干空气的湿空气,其稳定流动能量方程式为: i1+(d2-d1)iw=i2 因为 iw=4.19tw 所以 i2-i1= (d2-d1)iw=(d2-d1)4.19tw 虽然空气因提供水分蒸发所需要的热量而温度降低,但它的比焓值却因为 得到了水蒸气的汽化潜热和液体热而增加,比焓值的增量等于蒸发的水分 所具有的比焓。 ε=(i2-i1)/(d2-d1) =4.19tw 在稳定状态下,空气达到饱和状态时的温度等于水温,即 t2 = tw, 所以, 满足上述各式的t2或tw即为进口空气状态的绝热饱和温度,也称热力学湿 球温度。
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湿空气和焓湿图湿空气概论:在空调系统设计中,无论是工业用的,如纺织车间,计算机房,还是民用的,如办公室,商场等,要处理的对象都是空气,因此,了解空气的性质和变化规律才能使空气的调节符合设计要求,为了方便设计计算,空调行业的前辈们绘制了焓湿图(Psychrometric Chart ),它是空调系统设计中一个重要的工具,为了更好地理解空气和焓湿图,先认识一下空气的特性。
在我们生活周围的空气在空调上的定义是:干空气和水蒸气的混合物,被称为湿空气:湿空气=干空气(g)+水蒸气(q)为了研究和计算的方便,假设我们周围的湿空气是理想气体:就是气体分子不占有空间的质点,分子间没有相互作用力。
而湿空气中的水蒸气是处于过热状态,而数量微少,分压力很低,比容很大。
因此理想气体状态方程式也适用于湿空气:而作为理想气体,有以下性质: p = pg + pq m=mg+mq ρ=ρg+ρq ‘i = ig + iqT = Tg = Tq, V = Vg = Vqp 、pg 、 pq —分别为湿空气,、干空气(g )、水蒸汽(q)压力,Pa ; m 、mg 、mq —分别为湿空气、干空气、水蒸汽的质量,Kg ; Rg 、 Rq —分别为干空气及水蒸汽的气体常数, Rg=287J/Kg·K ; Rq=461J/Kg·K ρ、ρg 、ρq—分别为湿空气、干空气、水蒸汽的密度,Kg/m3 ‘h 、hg 、hq—分别为湿空气、干空气、水蒸汽的焓 T 、Tg 、Tq—分别为湿空气、干空气、水蒸汽的温度 V 、Vg 、Vq—分别为湿空气、干空气、水蒸汽的体积湿空气是由干空气和水蒸汽组成,而干空气的成分变化一般不大,而且没有相变,因此比较容易处理,而水蒸汽会随环境的变化而变化,而且达到饱和状态时还会凝结出水分,因此处理比较复杂,而为了理解水蒸气对湿空气的影响,先了解下面几个概念: 大气压力(p/B )一般定义是:以北纬45度处海平面的全年平均气压为一个标准大气压力(或物理大气压),p/B=101325Pa ,要注意的是,随着海拔的升高,大气压力不断下降,这时用标准大气压力得出的相关参数就不能再使用了,因为随着压力的下降,湿空气的密度也随着下降,因此,相同容积的湿空气经过风机后全压也会下降,见下式,这时需换算出对应值:另外,大气压力是测试出来的,因此: 绝对压力=当地大气压力+工作压力(表压),这里如果不注明,都指的是绝对压力。
水蒸汽分压力和饱和水蒸汽分压力(pq ,pqb ):根据道尔顿定律,理想的混合气体的总压力等于组成该混合气体的各种气体的分压力之和,参与组gg g gg T R m V p =q q q q q T R m V p=成的各种气体都具有与混合气体相同的体积和温度。
对于湿空气,主要分成干空气和水蒸汽,因此分压力也主要分成干空气分压力和水蒸汽分压力,而对于饱和湿空气时的水蒸汽分压力,称之为饱和水蒸汽分压力,它反映了水蒸汽在湿空气含量中的一个最大值,而未饱和的分压力则反映了水蒸汽含量接近最大值(饱和值)的程度。
含湿量d :在湿空气中,与1kg 干空气同时并存的水蒸汽的质量 。
g/kg(干空气)为了反应湿空气中水蒸气的含量接近饱和状态的程度,又定义了相对湿度ϕ:空气中水蒸汽分压力和同温度下饱和水蒸气分压力之比:用前面的含湿量的公式代入计算可得后式,其中db 是同温度下饱和水蒸汽的含湿量,称为饱和含湿量(db )因为含湿量更常用,因此计算更方便简单,且只会有1~3%的误差。
露点温度tl :在一定温度下,当水蒸汽的含湿量达到饱和含湿量,也就是相对湿度达到100% 时,如果含湿量继续增加就会析出凝结水。
而饱和含湿量会随着温度的下降而变小,对于含湿量为d 的未饱和湿空气,它的饱和含湿量肯定比它大,当温度下降,而d 不变,这时饱和含湿量也下降,当饱和含湿量降到等于d 时,那这时的温度就定义为露点温度。
这个温度反映了湿空气饱和状态时的温度,可以通过调节这个温度来除去湿空气中的水蒸汽。
因为对湿空气的处理比较复杂,即有温度的变化,还有水蒸汽含量的变化,而这些参数一般是通过计算热交换量和湿交换量得出,为了方便计算,因此定义了一个状态参数焓来反映湿空气不同条件下的状态:焓h :指1kg 干空气的比焓和与1kg 干空气并存的d g 水蒸气的比焓的总和,单位是kJ/kg 干空气,虽然单位是每kg 干空气,但实际数量是(1+d/1000)kg 湿空气的焓,但因为一般d 值比较小(通常用g 来标称),因此经常在计算湿空气质量时会忽略d 值,但它的潜热因比较大,在计算时不能忽略。
取0℃时干空气和0℃的水的焓值为零,则湿空气的焓可表示为:kJ/kg(干空气)z 其中 Cp=1.005 kJ/kg ℃,是干空气的定压比热,Cpq=1.84 kJ/kg ℃,是水蒸汽的定压比热 z 当 t =0℃ 时 汽化潜热r = 2500 kJ/kg 水 代入得: h =1.01t + (2500+1.84t) d/1000 kJ/kg(干空气)焓的前半部分是干空气的比焓,指的是干空气从0℃到t ℃时吸收的热量,后半部分是水蒸汽的比焓,水蒸汽的比焓又分为:2500kJ/kg (水蒸汽)是零度水转化为蒸汽时的气化潜热,后一部分是水蒸汽从0℃到t ℃时吸收的热量,因为计算对象是水蒸汽,因此对于与1kg 干空气并存的水蒸汽,从含湿量的公式定义可知为d 克,因此要乘上d ,而Cpq 和汽化潜热r 都是以kg 为单位,因此要除以1000,最后得出的焓为kJ/kg(干空气)。
对于100℃的水蒸汽的单位比焓: Hq =2500+1.84x100=2684 kJ/kg(水蒸汽)也可以从水这边去计算,把0℃的水加热到100℃,所需热量从下表查得:Hs=419.1kJ/kg ,继续加热蒸发成水蒸汽,查得汽化潜热为r’=2257.1 kJ/kg ,因此:Hq=419.1+2257.1=2676.2kJ/kg ,正好是下表中100 ℃水蒸汽的比焓。
但对于和1kg 干空气并存的水蒸汽的比焓要乘上水蒸汽的质量d ,因此Hw =(2500+1.84x100)kJ/kg(水蒸汽)X( d /1000)kg/kg(干空气) =2684d kJ/kg(干空气) 上面的公式可以变为: h = (1.01t+1.84td/1000)+2500d/1000 kJ/kg(干空气)()qq g q g q q g g q p B p p p p m p m m m d −====622.0461287%100×=qb qp p ϕ%100%100.×≈×−−=b qbq b d d p B p B d d ϕdk t C t C h pq p )2500(++=公式前半部分热量的变化只和温度有关,称之为“显热”,后半部分是水的汽化热,只与含湿量的变化有关,称为“潜热”。
下面给出了水和湿空气的一些物性参数,在计算热量和含湿量变化时需要用到。
焓湿图(i-d 图)的画制:要了解焓湿图(i-d 图),先看看焓湿图(i-d 图)是如何画出来的: 一.以焓线(深绿线)和含湿量线(天蓝色线)(夹角为135度)为座标,以图中红点为零点画出座标轴,其实这个座标是异化的座标,因为零点不是在同一点。
二.然后等温线(粉红色线)用公式:i = 1.01t + (2500+1.84t ) d 画出,但因为不同温度,斜率(2500+1.84t )是不同的,如t=10℃时,i =10 .1 + (2500+18.4 ) d ,当T=60℃时,i =60 .6 + (2500+110.4 ) d ,而因为2500比1.84t 大很多,因此在图上显示是近似平行线(是否平行线并不影响使用)三.等相对湿度线(红色线)可用其中Pbq 是温度的单值函数,例如,当ϕ=0.8时:当取T=10℃时,然后通过查找相应的由实验得出的饱和水蒸汽分压力,计算出d ,然后画出等温线和等含湿量线交于一点,选择不同的温度可以计算出不同的含湿量从而得出不同的点,将这些点连起来就是等相对湿度线了。
在100%线的左上方是未饱和区,右下方是过饱和区,因此会凝结出雾状水,也称有雾区。
其他状态参数:水蒸汽分压力线(上图天蓝色座标红色刻度): 根据公式可知,在标准大气压下,q p 只和含湿量有关,可在同一座标用不同刻度表示。
露点温度:由露点温度的定义可知,露点温度对应的含湿量是饱和含湿量,当ϕ=100%时,从相对湿度的含义可知d=db ,这时等温线和100%相对湿度线的交点就是露点温度。
湿球温度:根据质交换理论,在水和空气接触的表面,由于水分子作不规则运动会形成一个温度等于水表面的饱和空气边界层,当不饱和空气吹过这个边界层时,饱和水蒸汽会因为浓度差(或水蒸汽分压力)kg kg p B p d bq bq 干空气(/622.0,,ϕϕ−=°)kg kg t p B t p d b q b q 干空气(/)()(622.0,,ϕϕ−=)kg kg t p B t p d b q b q 干空气(/)(8.0)(8.0622.0,,−=%100×=qbq p p ϕ()qqp B p d −=622.0()qq p B p d −=622.0差),从边界层向空气扩散,这就是蒸发现象,而蒸发所需的热量来源于水本身,因此水温会下降,这时空气和水之间会因为温度差而使水会从空气中吸收热量,在最初的时候,水吸收的这部分热量并不能满足蒸发所需的热量,因此水蒸发还需要吸收水本身的热量而使水温度继续下降,当从空气吸收的热量等于水蒸发所需的热量时,水的温度不再下降,达到稳定状态,这时的水温就是湿球温度。
另一方面,水蒸汽扩散到空气,蒸发量决定于两者的浓度差,因此空气越干燥,也就是相对湿度越小,两者浓度差越大,水蒸汽蒸发越多,这时吸收水的热量也越多,水温下降得也越大,从空气中吸取的热量也越多,空气温度下降得也越大,直到空气相对湿度达到饱和为止,水和空气的热湿交换达到平衡。
空气的流速就是让空气和水的热湿交换充分而快速的进行,这时,水温可以很快达到稳定值,这时测量出来的水温才是湿球温度。
湿球温度计就是利用这个原理来测量湿球温度的。
从以上的描述可知,湿球温度反映的是空气的饱和程度,而且可以通过和干球的温度差来表述,温度相差大说明饱和程度低,也就是相对湿度小,需吸收较多的热量来蒸发较多的水蒸汽。
湿球温度在焓湿图(i-d图)上的表示:从上面的描述可知,当水从空气吸收的显热等于水蒸汽蒸发吸收的潜热,这时水的温度不再下降,这时水温等于湿球温度,对于空气来说,流过水面后吸收水蒸汽变成饱和湿空气,温度也因为传热而下降,最后等于湿球温度,因此这时饱和空气温度线应该落在100%的相对湿度线上。