工程热力学第八章湿空气作业

第8章 湿 空 气
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。

如在图8.1中就是自状态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)
图8.1
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解ϕ=44%
例3空气t 1=34t 3=20℃，ϕ3m A =50kg/min 试计算：
（1（2（3
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、ϕ1查得
d 1=0.0274kg/(kg 干空气)
h 1=105kJ/(kg 干空气)
根据t 3、ϕ3查得
d 3=0.0073kg/(kg 干空气)
h 3=38kJ/(kg 干空气)
冷却去湿过程达到的状态为d 2=d 3=0.0073kg/(kg 干空气)的饱和空气状态，照此查得
h 2=105kg/(kg 干空气)
t 2=9℃
（1）空气中需要除去的水分为
min kg/005.1)0073.00274.0(50)(21=-⨯=-=d d m
m a w
（2）冷却介质带走的热量为
w w a h m h h m
Q --=)(2112 其中凝结水的焓为
kJ/kg 64.379186.42=⨯==t C h pw w
故有 min /kJ 2.38667
.37005.1)27105(5012=⨯--⨯=Q
（3）加热器加入的热量为
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（图8.3）：
（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、处理每公斤干空气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，由盘管供给空气的热量应为：
w w a h m h h m Q --=)(12
由质量平衡
)(12d d m m a w -=
根据t 1=12℃，ϕ1=25%，从h －d 图上查得空气的初参数分别为：
d 1=2.1g/kg 干空气，h 1=18.5kJ/kg 干空气，
v 1=0.82m 3/kg
空气处理室出口的参数为：
d 2=5g/kg 干空气，t drv 2=12℃，ϕ2=57%，
h 2=18.5kJ/kg 干空气
流入的空气流量为120m 3/min ，比容v 1=0.82m 3/kg 。

∴)0021.01(82
.01201+=+=a a a m d m m min /kg 03.1460021
.134.146==a m 从质量平衡的关系式求得：
图8.3 空气的处理过程
min /kg 423.010001.2503.146=⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=w m ∴加热盘管的供热量为：
min /kJ 876.9274
.50423.0)5.1825(03.146=⨯--=Q
（2）等相对湿度处理过程
由于要求出口含湿量d 2=5g/kg 干空气，所以根据ϕ1=ϕ2=25%及d 2=5g/kg 干空气，由h -d 图上查得其它各参数分别为：
2drv t =25.5℃，h2=38.1kJ/kg 干空气
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p w 大于大气压力时，相对湿度计算公式ϕ=p w /p s 是否还适用？
6．用什么方法可使未饱和空气变为饱和空气？如果把20℃时的饱和空气在定压下加热到30℃，它是否还是饱和空气？
7．为什么说热力学湿球温度是湿空气的状态参数，而湿球温度计测得的温度值不是湿空气的状态参数？
8．冬天刮风阴天，气温为零上2℃，相对湿度为50%，在室外晾晒的湿衣服会出现什么现象？为什么？
9．在冷水塔中能把热水冷却到比大气温度还低，是否违反热力学第二定律？
10．有一冷却水塔，冷却水量为w =227t/h ，进口水温为t 1=38℃，被冷却至t 2=21℃。

进入冷却塔的空气温度为t a 1=21℃，相对湿度ϕ1=50%；排出的空气t a 2=32℃，相对湿度ϕ2=100%（图8.4）。

求：
（1）空气的小时流量；
（2）水的小时蒸发量。

11．下列说法对吗？为什么？
（1）ϕ=0时，空气中完全没有水蒸气，由此类比，ϕ=100%时，湿空气中完全都是水蒸气。

（2）空气的相对湿度愈大，含湿量愈高。

（3）空气的相对湿度不变，温度愈高，则空气愈干燥；反之，则愈潮湿。

12．如果等量的干空气和湿空气，降低的温度相同，二者放出的热量相等吗？为什么？
13．将温度为1t =38℃，相对温度1ϕ=40%的湿空气进行冷却成2t =10℃的饱和空气，若进入减湿器的湿空气流量为45.4kg/h, 求：(a)析出的凝结水。

(b)传热量。

大气压力B=1bar,可应用h-d 图
14．如果相对湿度ϕ=0.30、温度t=8℃的空气，在空调设备中加热至30℃；然后喷雾蒸发，冷却至26℃。

试求：
（1）加热量[kJ/kg(a)]；
（2）最后的相对湿度。

大气压力为1.0133bar。

15．为了保证室内温度为20℃、相对湿度为0.70，需要通过空调设备，使室内外终年交换气体。

若夏季室外气温为28℃、ϕ为0.85；冬季气温为0℃、ϕ为0.55。

试分析计算冬夏两季空调过程中，
（1）放热量和加热量；
（2）析出或加入的水分。

16．有一空调房间，工艺要求的空气状态参数：t=20℃，ϕ=60%，房间每小时产生的余热Q=18840kJ/h，产生的余湿为D=1.5kg/h，允许的送风温差为Δt=5℃。

试在H-d图上确定送风的状态参数（t、ϕ、d、h）。

17．欲使一股温度t1=38℃，相对湿度ϕ=80%。

流量为28.3m3/min的气流与另一股温度t2=13℃的冷气流相混合而获得相对湿度ϕ=100%、t=20℃的混合气流，求冷气流的相对湿度ϕ2和流量。

18．有一房间地板面积为325m2，地板到天花板的高度为 2.4m，房间空气温度t=24℃，相对度ϕ=50%。

如空气压力为1bar，问房间内有多少公斤的水蒸汽？
19．欲将干球温度
t=36℃，相对湿度ϕ1=60%的室外空气处理到
dry
1
t=21℃和相对湿度ϕ2=50%的状态。

如空气的压力为1bar，其处理过程是2
d r y
将室外空气先在喷雾室内冷却干燥到所要求的露点状态，然后再进行加热。

若喷雾水由t w1=3℃升高至t w2=9℃；处理的空气量为17m3/min。

试求：（1）喷雾室出口的空气温度；
（2）从空气中析出的水量；
（3）喷水量。

20．在冬季为了增加送入房间空气的相对湿度，往往采用对空气喷饱和蒸汽的办法。

现有一流量为1018.8m3/h的气流，在大气压为1bar下，t=27℃，相对湿度ϕ1=40%。

若向气流中每小时喷入t1=100℃其干球湿度
1
dry
的饱和蒸汽27kg ，试求：喷入蒸汽后，混合气流的含湿量d 2和它的干球温度2dry t 。

21．将压力p 1=1bar ，干球温度1dry t =36℃，湿球温度1w t =36℃的湿空气1700m 3，经压缩和冷却至t 2=36℃，p 2=6.3bar 。

问：
（1）此时有多少凝结水产生？
（2）若先将所产生的凝结水从缸中排出，然后再让压缩空气膨胀至大气压力（1bar ）和大气温度（36℃），膨胀后空气的相对湿度是多少？
22．将dry t =36℃、ϕ=70%的湿空气，与干球温度dry t =28℃，湿球温度wet t =26℃的湿空气以1:2的质量比例相混合，若当地大气压B =1bar 。

（1）求混合气体的温度和含湿量；
（2）若将此混合气体再经盘管加热至dry t =25℃，求对每公斤干空气所加入的热量。

23．dry t =20℃，相对湿度ϕ=45%的再循环湿空气与干球温度dry t =35℃和湿球温度wet t =28℃的室外新鲜空气相混合。

如果循环空气和新鲜空气的容积比为3:1，大气压力B =1bar ，求混合湿空气的干球湿度和湿球温度。

24．一个房间墙的内表面温度为t =16℃，室内空气的干球温度dry t =21℃，为了避免墙内表面结露，室内允许的空气最大相对湿度应该是多少？
25．进入干燥器的空气压力p =1.013bar ，温度t 1=49℃，相对湿度ϕ1=10%；离开干燥器时相对湿度ϕ2=90%；空气的流量为2270kg/h 。

求：
（1）空气所带走的水分；
（2）出干燥器时空气的温度。

（空气与干燥器为一系统，与外界绝热）。

26．空气的干球温度1dry t =55℃，露点温度dow t =27℃，压力p =2bar ，在稳定流动条件下进入干燥器，其流量为5000kg/h 。

离开干燥器时总压力不变，而干球温度2dry t =40℃。

求每小时空气所带走的湿量。

27．压气机将室外的洁净空气(1p =0.lMPa, 1t =20℃，相对湿度1ϕ=60%)充入高压氧舱，最终舱内空气压力2p =0.3Mpa , 试确定氧舱内空气的状态参数(d t t t 、、、、湿露2222ϕ)。