湿空气的物理性质及其焓湿图
医学湿空气性质和焓湿图详解课件
图详解
1、1 湿空气的物理性质
本节的主要内容
湿空气的组成 湿空气的基本状态参数
压力 密度 含湿量 相对湿度 比焓
2019/9/22
2
1、1 湿空气的物理性质
一、湿空气的组成
1、湿空气的定义
湿空气即为通常所说的“空气”或“大气”,是空气环境的主体及空气 调节的对象。 2、湿空气的组成
能够在h-d图上确定湿空气状态的参数。 在B一定的条件下,在h , d , t , Φ中,已知任意两个参数,则 湿空气状态就确定了,亦即在h-d图上有一确定的点,其余参数均 可由此点查出,因此,将这些参数称为独立参数。
但d与Pq不能确定一个空气状态点,故d 与Pq只能有一 个作为独立参数。?
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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 , PqV=MqRqT
代入含湿量定义式:
dM qM gP q28P q7 0.62P 2 q
M g M qP g 46 P g1
BP q
可知:在一定的大气压力B下,d仅与Pq有关,Pq越大, d越大。
作用:
1.确定湿空气的状态参数;
2.表示湿空气的状态变化过程。
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1、2 湿空气的含湿图
等干球温度线
等湿度线
等相对湿度线
(水蒸气分压力线)
等焓线
湿空气焓湿图
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热湿比
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1、2 湿空气的含湿图
电子含湿图
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1、2 湿空气的含湿图
独立状态参数
第一章 湿空气的物理性质及其焓湿图
60%
A
6000
5000 3000
2000
1000 0
-2000
第二节 湿空气的焓湿图
(2)求热湿比: Q 10000 5000
W2
(3)过A点作 5000
的热湿比线,与 28o C
B
tB 28的o C等温
20o C 5000 60%
线的交点即为终
A
6000
状态B点。
第二节 湿空气的焓湿图
6、等相对湿度线 *首先求不同温度对应的 饱和水蒸汽压力,再连接 各等温线与其对应的饱和 水蒸汽压力线的交点 (t, P)q b,就可以得到
10的0%等相对湿度线
(饱和线)。
第二节 湿空气的焓湿图
*当 co,ns求t 得不
同温度对应的水蒸汽压 力,连接各等温线与其 对应的水蒸汽压力线的 交点(t, P)q ,就可以
5000
3000
2000
1000 0
-2000
第三节 湿球温度与露点温度
1、湿球温度 ts 定义:在定压绝热条件下,空气与水直接接触, 达到热湿平衡时的饱和温度。
假设有一个空气和水直接接触的绝热加湿的空 间,空气和水有充分的接触面积和接触时间。
P、t1 d1、h1
tw
P、t2 d2、h2
水温为 ,t w湿空气的进口状态为: P、t1、。d1、h1 水不断汽化进入湿空气,所需的汽化潜热来自湿 空气,使湿空气的温度降低、含湿量增大。最终,湿 空气达到饱和,出口状态为:P、t2(tw ,ts )、。d2、h2
g Rq Pg
Pg
B Pq
kg/kg干
d 622 Pq
g/kg干
B Pq
当大气压力B一定时,含湿量只与水蒸汽压力有
第2章 湿空气的物理性质及其焓湿图
4、等焓加湿过程 喷水室喷循环水处理空气,空气失掉显热,得到潜 热,焓值基本不变。 5、等温加湿过程 向空气中喷入饱和蒸汽,过程的热湿比线近似与等 温线平行,故可将喷蒸汽加湿看作等温加湿。 6、等焓减湿过程 用固体吸湿剂处理空气时,空气失掉潜热,得到显 热,焓基本不变,可近似看作等焓减湿升温过程。
A,B,C三点在同一条直线上,且参与混合 的两种空气的质量比与C点分割两状态连 线的长度成反比。据此,在焓湿图上求 混合状态时,只需将AB线段划分成满足 GA/GB比例的两段长度,并使C点接近质量 大的一端。
ρ = ρ g + ρq =
Pg Rg T
+
Pq RqT
Pq B = 0.003484 − 0.00134 T T
2、湿空气的含湿量d 含湿量—在湿空气中与1kg干空气同时并存 的水蒸汽量。
ρq Pq d= = 0.622 ρg Pg
3、相对湿度 相对湿度—湿空气中水蒸汽分压力与同温度下饱 和水蒸汽分压力之比。
湿空气的典型状态变化过程在焓湿图上可 以非常清楚的表示出来。
二、不同状态空气混合过程的计算
不同状态空气的混合,在空调中是经常用 到的。 根据质量和能量守恒原理,有:
G Ai A + GB iB = (G A + GB )iC G A d A + GB d B = (G A + GB )d C
G A iC − iB d C − d B = = GB i A − iC d A − d C iC − iB i A − iC = dC − d B d A − dC
3、等相对湿度线 4、水蒸汽分的应用
一、湿空气状态变化过程在图上的表示 1、湿空气的加热过程 特点:温度升高,含湿量不变。 2、湿空气的等湿(干式)冷却过程 特点:温度降低,含湿量不变。 3、湿空气减湿冷却(冷却干燥)过程 特点:温度降低,含湿量减少。
第一章_湿空气的物理性质及其焓湿图
第一章湿空气的物理性质及其焓湿图§1.1湿空气的物理性质空气调节的任务:创造一个适合不同要求的空气环境,湿空气是空调的基本工质,也是构成环境的主体。
空气调节的结构就是讲空气前后的状态发生一定的改变,这必定首先要了解其物理性质。
一、基本概念(一)湿空气的组成湿空气=干空气+水蒸气湿空气:平时人们常说的空气。
⑴干空气:N2、O2、CO2和其他惰性气体。
除了CO2外,其他气体的含量是非常稳定的,但CO2的含量非常小,他的含量变化对干空气的性质影响可以忽略。
所以允许将干空气作为一个整体考虑。
⑵水蒸气:来源于地球上的海洋、湖泊表面水分蒸发,随着气候地区条件而变化。
压力很低,一般只有几百Pa,水蒸气量很少,但他的变化却能引起干、湿度的变化,对人体的舒适感,产品质量,工艺过程、设备维护等有直接影响。
(二)理想气体状态方程它是用来描述理想气体状态(P、V、T)变化规律的方程。
干空气:常温常压下的气体一般均可看作理想气体;理想气体:假定该气体分子是不占有空间的质点,分子间没有相互作用力。
水蒸汽:分压力低,含量少,比容很大,且处于过热,亦可看作理想气体。
(水蒸气只有在特定条件下,如在压力很低、密度很小并远离饱和线的过热状态下,才接近于理想气体;而在其它大部分过热状态或饱和状态下,都不能应用理想气体的状态方程式。
)∴ 湿空气遵循理想气体状态方程mRT PV =或RT P =υ (1) 即:一定质量的理想气体的压强、体积的乘积与热力学温度的比值是常数。
MM R R 83140==0R :通用气体常数,M:气体分子量 (2)T R m V P g g g = 或 T R P g g =υ k kg J R g ⋅=/287(气体常数) (3) T R m V P q q q =或T R P q q =υ k kg J R q ⋅=/461 (4) (三)道尔顿分压定律混合气体的压力=各组成成分的分压力之和湿空气压力B =干空气压力g P +水蒸气分压力q P (5)标压:B =101.325Pa 二、湿空气的状态参数(一)压力1、大气压力或湿空气的压力B大气压力不同,空气的物理性质也就不同,反映空气物理性质的状态参数也要发生变化,因此空调的设计与运行中,如果不考虑当地大气压的大小,就会造成一定的误差。
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)。
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):
7
-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
31
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%
32
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
28
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。
9
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
湿空气的物理性质及其焓湿图
第三节
2、等湿球温度线
湿球温度与露点温度
在工程上,可以近似认为等焓线即为等湿球温度线。
第三节
例题
湿球温度与露点温度
1、已知大气压力B=0.1MPa,空气温度t1=18℃, 1 =50%,空 气吸收了热量Q=14000kJ/h和湿量W=2kg/h后,温度为 t2=25℃,利用h-d图,求出状态变化后空气的其他状态参 数 , 2 h2,d2各是多少? 2、已知大气压力为101325Pa,空气状态变化前的干球温度 t1=20℃,状态变化后的干球温度t2=30℃,相对湿度 2 =50%,状态变化过程的角系数 。试用h-d图求空气 5000kJ/kg 状态点的各参数 、h d1各是多少? 1、 1 3、已知空气干球温度为24℃,湿球温度16℃,如何利用焓湿 图确定空气状态点?
干空气的焓
水蒸汽的焓
i g C p. g t
+
iq 2500 + C p. q t
(1+d)千克湿空气的焓为 i C p. g t + (2500 + C p. q t )d 1.01t + d (2500 + 1.84t ) 或
i (1.01+ 1.84d )t + 2500 d
G A iC i B d C d B 由以上两式得: GB i A iC d A d C iC i B i A iC dC d B d A dC
因此,A,C,B在同一直线上,而且有:
CB
iC i B d C d B G A AC i A iC d A d C GB
t2=30℃,d2=20g/kg干空气, d2b= 27g/kg干空气
4第四章 湿空气的物理性质和焓湿图
100%
ts 0
ts 0 ts 0
= 4.19t s 0
h const
4.19 s) (t
§4.2 湿空气的焓湿图 dA′ dA
已知 干、 湿球 温度 确定 空气 状态
tA tS
A A′
hA S
100%
= 4.19t s
=0
§4.2 湿空气的焓湿图
h (1.01 1.84t ) 2500 d
kJ/kg干空气 kJ/kg干空气
§4.1 湿空气的物理性质
6、密度和比容
湿空气的密度=干空气密度+水蒸气密度
Pq B g q 0.00348 0.00132 Rg T RqT T T Pg Pq
在实际计算中,可近似取 湿空气的密度=1.2kg/m3
不同状态空气的混合态在i-d图上的确定
dA
不同状态 空气的混 合在h-d图 上的确定 hC
dC hB
dB
B C
hA
A
B
C
A
§4.3 焓湿图的应用
【例题】已知大气压力B=101325Pa,GA=1000Kg/h, tA=20℃, φ=60%, GB=250Kg/h,tB=35℃ φ=80%,求混合后的空气状态。 【作业】某空调系统采用两种状态空气混合。已知 GA=3000Kg/h,tA=20℃, φ=55%, GB=600Kg/h, tB=33℃ φ=80%,求混合后的空气状态。(当 地大气压力B=101325Pa)
§4.2 湿空气的焓湿图
一、焓湿图 湿空气的焓 湿图是在不同的 大气压力B下, 取焓值作为纵坐 标,含湿量值作 为横坐标,绘出 其他参数的关系 线构成的。
湿空气的物理性质和焓湿图
露点温度要点: ◆ 湿空气的露点温度 tι是判断空气结露的判据。它只取决于 空气的含湿量d。
➢关于传热学的几个基本概念:
➢质交换
➢传质是在一个多组分的系统中进行的。物质的 分子总是处在不规则的热运动中,在有物质组 成的二元混合物中,如果存在浓度差,由于分 子的随机性,物质的分子会从浓度高处向浓度 低处迁移,这种迁移称为浓度扩散或简称扩散, 并通过扩散产生质交换。
◆ 当含湿量d一定时,水蒸汽分压力Pq随大气压 力B的增加而上升,反之亦然。
◆ 含湿量d能确切反映空气中含的水蒸汽量的多 少,但不能反映空气的吸湿能力,不能表示湿空
气接近饱和的程度。
◆ 相对湿度Φ能反映湿空气中水蒸汽含量接近 饱和的程度,但不能表示水蒸汽的含量。
◆ Φ值小,表示空气离饱和程度远,空气较为
◆ 饱和水蒸汽分压力 Pq,b是温度的单值函数, 也即Pq,b值仅取决于温度,温度越高,Pq,b 值越大。
密度
单位容积的空气所具有的质量,称为密度
湿空气的密度=干空气密度 +水蒸气密度
g
q
Pg RgT
Pq RqT
0.00348 B 0.00132 Pq
T
T
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;
行。
hC
hA
➢无论空气的初始状态在哪点上,只要空气变化
过程中的热湿比相等,即过程线的斜率相等,
则过程线相平行。
必要说明:
1.
h = Q
d W
2.
h d
Q W
1000 1000
1式的w、d单位是kg,
2式的w、d单位是g。
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第一章湿空气的物理性质及其焓湿图教学目的:1. 理解并掌握有关湿空气及描述其物理性质的概念:压力、温度、含湿量、相对湿度、密度(比容)。
2. 掌握湿空气焓湿图的组成,掌握其绘制方法。
3. 掌握湿球温度和露点温度的概念和物理意义。
4. 熟练掌握焓湿图的应用方法:确定空气状态,空气状态变化过程线,空气的各种处理过程在i—d图上的表示,两种状态空气混合过程。
5. 了解空气状态参数的计算法。
重点:湿空气物理性质的描述,焓-湿图的组成,应用其确定空气状态,空气状态变化过程线,空气的各种处理过程在i—d图上的表示,两种状态空气混合过程。
难点:应用焓-湿图确定空气状态,空气状态变化过程线,空气的各种处理过程在i—d图上的表示,两种状态空气混合过程。
第一节湿空气的物理性质一、基本概念1、大气的组成成分:水蒸气、氧气、二氧化碳等。
2、干空气:由各种气体成分组成,空调中视为稳定的混合物。
3、湿空气:由干空气和一定量的水蒸气组成,空调工程中称其为湿空气。
二、理论基础湿空气中水蒸气含量虽少,但它决定了空气环境的干燥和潮湿程度,且影响着湿空气的物理性质。
因此研究湿空气中水蒸气含量的调节是空气调节中的主要任务之一。
三、状态参数在常温常压下,湿空气可视为理想气体。
可以用理想气体状态方程描述其状态参数。
1、湿空气的压力B湿空气的压力即大气压力,B=P g+P q (Pa)2、湿空气的密度ρρ=ρg+ρq=P g/RT+P q /RT=0.003484B/T-0.00134P q /T一般取ρ =1.2Kg/m33、湿空气的含湿量d湿空气中的水蒸气密度与干空气密度之比称为湿空气的含湿量。
d=ρq/ρg=0.622P q /P g=0.622P q /(B-P q) (Kg/Kga)4、相对湿度ϕ湿空气的水蒸气压力与同温度下的饱和湿空气压力之比称为相对湿度;它表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。
ϕ=P q /P q,b×100%≈d/d b×100%5、湿空气的焓i空调工程中,空气压力变化很小,可近似于定压过程,因此可直接用空气的焓变化来度量空气的热量变化。
i=1.01t+(2500+1.84t)d/1000 (KJ/Kga)以上各式构成了湿空气特性的主要方程组,应牢固掌握。
第二节湿空气的焓湿图在空气调节中,经常需要确定湿空气的状态及其变化过程。
确定方法有:按公式计算;查表;查焓湿图。
焓湿图的作用有:简化计算;直观描述湿空气状态变化过程。
湿空气的状态参数中,t,B,d为独立变量,其他为演变参数。
常用的湿空气性质图是以i与d为坐标的焓湿图,i为纵坐标,d为横坐标,坐标夹角大于135度。
在一定的大气压力下,在选定的坐标比例尺和坐标网格的基础上,绘制出等温线、等相对湿度线、水蒸气分压力标尺及热湿比等即形成焓湿图。
1、等i线及等d线2、等温线i=1.01t+(2500+1.84t)d=a+bd3、水蒸气分压力标尺P q=B·d/(0.622+d)=f(d)4、等相对湿度线P q b=f(t)P q=ϕ·P q b5、热湿比线ε=∆i/∆d=±Q/±W(KJ/Kg)第三节湿球温度与露点温度一、湿球温度1、热力学湿球温度理论上,湿球温度是指在定压绝热条件下,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。
2、等湿球温度线在工程上,可以近似认为等焓线即为等湿球温度线。
3、湿球温度计利用普通水银温度计,将其球部用湿纱布包敷,则成为湿球温度计,纱布纤维的毛细作用,能从盛水容器内不断地吸水以湿润湿球表面,因此,湿球温度计所指示的温度值实际上是球表面水的温度。
二、露点温度在含湿量不变的条件下,湿空气达到饱和时的温度,称为露点温度。
第四节焓湿图的应用一、湿空气状态变化过程在焓湿图上的表示1、湿空气的加热过程利用热水、蒸汽及电能等热源,通过热表面对湿空气加热,则其温度增高而含湿量不变。
A→B,ε=+∞。
2、湿空气的等湿冷却过程利用冷媒通过金属等表面对湿空气冷却,在冷表面温度等于或大于湿空气的露点温度时,空气中的水蒸气不会凝结,因此其含湿量不变而温度降低。
A→C,ε=-∞。
3、湿空气的等焓加湿过程利用定量的水通过喷洒与一定状态的空气长时间直接接触,则水及其表面的饱和空气层的温度等于湿空气的湿球温度。
因此,此时空气状态的变化过程(A→E)近似于等焓过程,ε=4.19ts。
4、湿空气的等焓加湿过程利用固体吸湿剂干燥空气时,湿空气的部分水蒸气在吸湿剂的微孔表面上凝结,湿空气含湿量降低,温度升高,其过程(A→D)近似于等焓降湿过程。
5、湿空气的等温加湿过程向空气中喷干蒸汽,其热湿比ε=iq=2500+1.84tq,对于低压蒸汽ε≈2500+1.84t,即该过程近似于等温加湿过程。
6、湿空气的冷却去湿过程使湿空气与低于其露点温度的冷表面接触,则湿空气不仅降温而且脱水,因此可实现冷却干燥过程(A→G)。
第二章空气的热湿处理教学目的:1. 了解空气热湿处理的途径。
2. 了解用喷水室处理空气的方式、特点及系统组成,熟悉其处理过程在焓湿图上的表达。
3. 熟悉用表面式换热器处理空气的方式、特点及系统组成。
4. 了解空气的其他热湿处理方法、特点:各种加热、冷却、加湿、减湿处理过程,相关设备及系统组成和特点,了解其在实际工程中的适用性。
重点、难点:各种加热、冷却、加湿、减湿处理过第一节空气热湿处理的途径及使用设备的类型一、空气热湿处理的各种途径在I-D图上分析可知,在空调系统中,为得到同一送风状态点可以有不同的空气处理途径。
以完全使用室外新风的空调系统为例,将室外空气处理到送风状态点的方案如图。
夏季处理方案有三种,冬季有五种。
各种方案是由简单的空气处理过程组合而成。
由此可见,可以通过不同的途径,即采用不同的空气处理方案而得到同一种送风状态。
至于究竟采用哪种途径,则须结合各种空气处理方案及使用设备的特点,经过分析比较才能最后确定。
二、空气热湿处理设备的类型1、热湿交换设备:通过介质与空气进行热湿交换(1)介质:水,水蒸汽,液体吸湿剂,制冷剂(2)类型:A、直接接触式:喷水室,蒸汽加湿器,局部加湿器,液体吸湿装置。
B、表面式:空气加热器,空气冷却器。
C、混合式:淋水表冷器。
1、其他热湿处理设备:电加热器,固体吸湿装置。
第二节空气与水直接接触时的热湿交换一、空气与水直接接触时的热湿交换原理空气通过敞开的水表面或将水喷到空气中,水就与空气发生热湿交换,总热交换=显热交换+潜热交换。
显热交换:温差→导热、对流、辐射;潜热交换(质交换、湿交换):水蒸汽压力差→ 凝结、蒸发。
图3—2 空气与水的热、湿交换 (a)敞开的水面 (b)飞溅的水滴质交换以层流分子扩散(水表面→饱和空气层)和紊流脉动扩散(饱和空气层→空气)两种形式进行,形成对流质交换。
当空气与水在一微元面积df 上接触时,空气温度变化为dt ,含湿量变化为d(d),空气与水之间发生热湿交换:显热交换:dQ X =Gc p dt=α(t-t b )df湿交换:dW=Gd(d)=β(Pq-Pqb)df=σ(d-d b )df 潜热交换:dQq=rdW=r σ(d- d b )df总热交换:dQz=dQx+dQq=[α(t- t b )+r σ(d- d b )]df 若水温变化为dt w ,则总热交换量为:dQz=Wc dt w 在稳定工况下,空气与水之间热交换量是平衡的。
二、空气与水直接接触时的状态变化过程空气与水直接接触时,水表面形成的饱和空气边界层与主流空气之间通过分子扩散和紊流扩散,使边界层的饱和空气与主流空气不断混掺,从而使主流空气状态发生变化。
因此,空气与水的热湿交换过程可以视为主流空气与边界层空气不断混合的过程。
三、热、湿交换的相互影响及同时进行的热湿传递过程 1、刘伊斯关系式的推导对于绝热加湿过程,在dF 接触面上,空气传给水面的显热量等于水面水分蒸发所需水要的潜热量:α(t-t b)df= rσ(d- d b)dfd b=α/rσ( t-t b)对于Gkg/s的湿空气本身而言,空气失去的显热等于水分带来的潜热:Gr(d- d b) =Gc p ( t-t b)d b= c p/r ( t-t b)由上可得:α/σ= c p,此即为刘伊斯关系式,它表明对流热交换系数与对流质交换系数之比为常数。
2、适用条件与适用过程质交换的Sc=热交换的Pr质交换的Sh=热交换的Nu适用过程:绝热加湿,冷却干燥,等温加湿,加热加湿等。
3、总热交换dQz=dQx+dQq=[α(t- t b)+rσ(d- d b)]df=σ[ c p (t- t b)+r(d- d b)] df考虑水分蒸发或凝结时的水的液体热的转移,令:c p=1.01+1.84d,r=iq=2501+1.84 t b代入上式得:dQz=σ(I-Ib)df第三节用喷水室处理空气一、喷水室的构造和类型1、构造(2)排管:布置喷嘴,一~四排(3)挡水板(前、后):前:均流与挡水,后:分离水滴与空气,减少过水量(4)外壳(5)底池(6)管道系统:供水管,循环水管,溢流管,补水管,泄水管(7)水泵2、类型(1)卧式,立式(2)单级,双级(3)低速,高速(4)带填料二、喷水室的喷水室的热工计算方法喷水室的热工计算方法主要分两类,一类基于热质交换系数,另一类基于热交换效率。
本文主要介绍第二种方法。
用热交换效率表示喷水室的实际处理过程与理想过程的接近程度,并用来评价喷水室的热工性能。
1、全热交换效率EEt t t tt tt tt ts s w ws ws ws w=''+'=-+--=---12451511221112211()()对于绝热加湿过程:Et tt tss =---121112、通用热交换效率E`'=='''=-''=-''=---Et tt tss 121312131231312211122113、影响热交换效果的因数E=f(vρ,μ,structure,ts1,tw1)(1)空气质量流速的影响vρ=G/3600f,vρ↑→α、σ↑→E、E`↑(∆P↑)vρ=2.5~3.5 kg/(m2s)(2)喷水系数的影响μ=W/G (kgw/kga)μ↑→E、E`↑(水泵耗能↑)(3)喷水室结构特性的影响喷嘴排数:一~三排喷嘴密度:↑→水苗叠加,↓→空气旁通,喷水方向:对垂直排管,单排逆喷,双排对喷,三排一顺二逆,对水平排管,垂直上喷。
排管间距:对垂直排管,600MM;对水平排管,上密下疏喷嘴孔径:d↓→水滴细→E↑(易堵)(4)空气与水的初参数的影响空气与水的初参数决定了喷水室内热湿交换推动力的方向和大小。