哈工大工程热力学教案-第8章 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

v a 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

B

p M r M r M v v v a a 95.1097.28-=+= B p 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：每立方米湿空气终所含水蒸汽的质量。

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，

s

v ρρφ= 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，φ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。

相对湿度的范围：0<φ<1。

应用理想气体状态方程 ，相对湿度又可表示为

s

v 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)。

V

v P B p d -=622

g/kg(a) 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：)85.12501(001.001.1t d t h ++= 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。

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。

d

h d d h h ∆∆=--=10001000

2212ε 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

=q 12h h - kJ /kg(a)

二、冷却过程

12t t < 12h h < 12φφ>

=q 12h h - （负值） kJ /kg(a)

若0=∆d 等含湿量冷却

三、绝热加湿过程

12t t < 12h h = 12φφ> 12d d >

每kg 干空气吸收水蒸汽： 12d d d -=∆ g /kg(a)

四、定温加湿过程

12t t = 12h h > 12φφ> 12d d >

=q 12h h -v dh ∆001.0 kJ /kg(a)

五、湿空气的混合

混合后的状态点：2

12211a a a a c m m h m h m h ++= 2

12211a 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℃,φ=0.90，现欲经空气

调节设备供给2t =20℃，2φ=0.60的湿空气，试用h-d 图分析该空气调节过程，

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℃,φ=0.90，在h-d 图上确定初态1,并查得1h =62.2kJ/k(a)，

1d =15.7g/kg(a)

同样,由2t =20℃，2φ=0.60在图上确定终态2,并查得

2h =34.1kJ/k(a)，2d =15.7g/kg(a)，由定2d 线与φ=1线的交点4,查得 4h =26.4kJ/kg(a), 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1d =15.7g/kg(a)的定湿线进行到与φ=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

q=14h h -=26.4-62.2=-35.8kJ/kg(a)

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 14d d d -=∆=7.1-15.7=-8.6g/kg(a)

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C t 08.8=，为了保证空调后的气体温度(本题要求20℃)，去湿后，常常需要加热升温。是自状态4沿定4d 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

42h h q -==34.1-26.4=7.7kJ/kg(a)