工程热力学-ch13 湿空气

a——干空气的参数 v——水蒸气的参数 s——饱和水蒸气参数 无下标－含湿空气（即湿空气）参数
第二节 湿空气及其状态参数
一、绝对湿度
绝对湿度： 单位容积(1m3) 湿空气中包含的水蒸气
质量(kg)。（亦即水蒸气的密度）
v
1 vv
pv Rg ,vT
kg m3
在一定温度下：
v
1 vv
pv Rg ,vT
kg kg (干空气）
干空气的摩尔质量 =28.97×103kg/mol
四、湿空气的含湿量d
定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称
“含湿量”
由分压力定律可知：理想
水蒸气的摩尔质量 =18.016×103kg/mol
气体混合物中各组元的摩 尔数之比，等于其分压力
之比
d
mv ma
M vnv M ana
三、冷却除湿过程
湿空气被冷却 到露点温度，空气 为饱和状态，继续 冷却时将有水蒸气 凝结析出，达到对 湿空气除湿的目的， 如图1-A-2
滚筒洗 衣机例
四、绝热混合过程
h3 h1 h2 h3 d3 d1 d2 d 3
终态3在初态1 与2的连线上
五、 烘干过程
未饱和空气流经湿物料，吸收其水分；为提高吸湿 能力，需先加热湿空气。（加热+吸湿），图书例
和温度，称为露点
温度（简称露点），
用td 表示。
Leabharlann Baidu
生活中的实例比比皆是
3、在绝热条件下向 湿空气加入水分， 尽其蒸发，也可使 空气达到饱和，如 图A－G。G点为 绝热饱和状态，相 应的温度为绝热饱
和温度，用Tw 表
示。
绝热 s
四、湿空气的含湿量d
由于在干燥、吸湿等过程中，载热/湿介质 为干空气（近似），因此，湿空气的一些状态 参数都是以单位质量的干空气为基准的。
应当说，由于大气处于地球周围的一个开放空间，而不存在约束 其运动范围的具体疆界，这就使它跟处于密闭容器中的气体不 同．对一个盛有空气的密闭容器来说，只要容器中气体未达到饱和 状态，那么，当我们向容器中输入水汽的时候，气体的压强必然会 增加．而大气的情况则不然．当因自然因素或人为因素使某区域中 的大气湿度增大时，则该区域中的“湿空气”分子（包括空气分子 和水汽分子）必然要向周围地区扩散．其结果将导致该区域大气中 的“干空气”含量比周围地区小，而水汽含量又比周围地区大．所 以该区域的湿空气密度也就小于其它地区的干空气密度．这样，对 该区域的一个单位底面积的气柱而言，其重量也就小于其它干空气 地区同样的气柱这也就告诉我们，大气压随空气湿度的增大而减 小．就阴天与晴天而言，实际上也就是阴天的空气湿度比晴天要大， 因而阴天的大气压也就比晴天小．
pv ps
v s
二、相对湿度
湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气
的绝对湿度之比——称为相对湿度
v s
湿空气的绝对湿度 饱和空气的绝对湿度
二、相对湿度
湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气
的分压力之比——称为相对湿度
或表示为——
pv
ps
水蒸气的分压力 水蒸气饱和压力
• 的变化范围为 0～1（0%～100%，对
详见算例p345,13-1,-2
第三节
相对湿度测定
测量湿 空气真 实温度
◆如果湿空气未饱和，则湿纱布中的水分吸热、 汽化，向空气扩散，同时空气也向湿纱布传热， 达到热平衡。
◆湿空气的含湿量d越小，汽化越快，吸热越多， 湿球温度越低，干湿球温度计的温差越大。
d 1.005(tw t ) ds tw 1.86(t tw ) tw
h 0
d t
绝热加湿，增加含湿量，水分 蒸发。因与外界绝热，只能由 自身热量供给，故温度降低。
h1 (d2 d1 )hl h2
h1 h2
故，沿等 焓线变化
二、绝热加湿过程
• 喷蒸汽加湿1－2’
喷蒸汽
h2 h1 (d2 d1 )hv
hd
喷水蒸气加湿，湿空 气的焓、含湿量、相 对湿度均增加。
定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量”
d Mv pv 0.622 pv 0.622 pv 0.622 ps
M a pa
pa
p pv
p ps
kg kg (干空气）
d Mv pv 0.622 pv 0.622 pv 0.622 ps
M a pa
pa
p pv
p ps
根据水蒸气的理想气体状态方程：
pv
RvT vv
ps
RvT vs
和湿空气中水蒸气组元的状态方程：
mv pv V RvT
以及理想气体摩尔成分xv与分压力pv的关 系，相对湿度可以表示为：
pv vs v mv xv ps vv s ms xs
三、饱和蒸汽压、露点、绝热饱和温度
未饱和空气达到饱和有三种典型的途径：
Tsp
1、温度不变的情况下， 水分向空气中蒸发，蒸 汽的分压力增加，可以 达到饱和空气状态，如 图中定温过程A－C。 达到饱和时，蒸汽分压 力就是对应此空气温度
的饱和蒸汽压力ps。
等温 T
2、保持湿空气中蒸 汽分压力不变，降
等压 p
低湿空气温度，也
可以达到饱和，如
图A－B。B点的温
度为对应于pv的饱
h cp,at d (hc cp,vt )
h d
t
hc
cp,vt
空
湿空气
气
温
度
4、等相对湿度线（等 ）
• 定 线是一组向上凸的曲线群。
• 露点td 是湿空气冷却到＝100%时的温
度。因此含湿量 d 相同，状态不同的湿 空气具有相同的露点。
相对 湿空气
湿度
5、水蒸气分压力线
pd pv 0.622 d pv f (d )
六、 冷却塔
利用蒸发冷却， 将热水降温，获 得工业用循环水。
图书例
温度、湿度与大气压强
物理学告诉我们：“大气压的变化跟天气有密切的关 系．一般地说，晴天的大气压比阴天高，冬天的大气压比夏 天高．”对这段叙述可归结为温度、湿度与大气压强的关系 问题．
我们通常所称的大气，就是包围在地球周围的整个空气 层．它除了含有氮气、氧气及二氧化碳等多种气体外，还含 有水汽和尘埃．我们把含水汽很少（即湿度小）的空气称 “干空气”，而把含水汽较多（即湿度大）的空气称“湿空 气”．不要以为“干”的东西一定比“湿”的东西轻．其实， 干空气的分子量是28.966，而水汽的分子量是18.016，故 干空气分子要比水汽分子重．在相同状况下，干空气的密度 也比水汽的密度大．水汽的密度仅为干空气密度的62％左 右．
什么叫：未饱和空气、饱和空气？
由理想气体分压力定律 1801，道尔顿定律
混合气体总压力 p pi (各组分分压力之和 )
p pa pv
湿空气 总压力
干空气 分压力
水蒸气 分压力
如果是环境大气，则为大气压pb
——未饱和空气，指所含的水蒸气处于过热 状态；饱和空气则指其中水蒸气处于饱和。
• 下标约定：
空
相对 湿空气
气
湿度
比体积
温
蒸
度
汽
分
压
焓
含湿量
1、等d 线是一组平行于纵坐标的直线群。
2、 等焓线（等 h 线） • 等 h 线是一组与横坐标轴成135°的直线
群。 • 等 h 线亦可看成为定湿球温度线（tw）
湿空气
焓 含湿量
3、等温线（等 t 线）
可见在 h-d 图上，定t 线的斜率为正，且 随t 增大斜率增大。
定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称 “含湿量”
d mv ma
kg kg (干空气）
四、湿空气的含湿量d
定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称
“含湿量”
由分压力定律可知：理想
水蒸气的摩尔质量 =18.016×103kg/mol
气体混合物中各组元的摩 尔数之比，等于其分压力
之比
d
mv ma
M vnv M ana
湿空气
蒸 汽 分 压
二、 h-d 图的应用 根据2个独立的湿空气参数，可在图上
确定其它剩余的湿空气参数：
t tw pv d h td
第五节
湿空气过程及其应用
一、 等湿度加热（或冷却）过程
特征：d 0
q h2 h1
加热：1－2
例子？
t↑h↑ ↓, 吸湿能力增强
冷却：1－2`（t>td）
第十三章 湿空气
第一节 概述
湿空气是什么意思？ ——含有“水蒸气”的空气，称为“湿空气” ——完全不含水蒸气的空气，称为“干空气”
一般情况，大气中水蒸气的含量小、 变化小，可以近似看作为“干空气”。
（干空气是否真实存在？～沙漠）
• 湿空气
湿空气是干空气与水蒸气的混合物。 湿空气中水蒸气往往处于过热状态。 （图？）
在总压力p不 变的情况下， 一定的蒸汽分 压力对应着一 定的含湿量
在总压力p不 变的情况下， 相对湿度愈大， 含湿量也愈高。
kg kg (干空气）
五、湿空气的焓
H maha mvhv
考虑到湿空气中水蒸气的质量常变，而 干空气的质量相对稳定，所以，湿空气的 比焓是也相对于单位质量干空气而言的：
• 与湿空气有关的常见工业过程
空气温度与湿度调节过程、物体的干 燥过程、冷却水塔中的水冷却过程等。
此时，湿空气中的水蒸气含量的多少， 具有特殊意义。
• 分析湿空气时的假定：
可将气相混合物视为理想气体混合物； 当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或固 相中不包含溶解的空气； 空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之间 的相平衡。
kg m3
• 湿空气中水蒸气的分压力愈大，其绝 对湿度愈大；
• 湿空气中水蒸气的分压力不可能超过 该温度下水蒸气的饱和压力
pv ps
水蒸气达到饱和时，湿空气具有该温 度下的最大绝对湿度（此时空气为饱和 空气）
pv ps
v
s
ps Rg,vT
湿空气未达到饱和时，其中水蒸气的 分压力总小于饱和压力，水蒸气处于过 热状态（此时湿空气为未饱和空气）
我们知道，气体分子的“碰撞”是产生气体压强的根本原因．因 而对大气压随空气湿度而变化的问题，我们也可以由此作出解释， 根据气体分子运动的基本理论，气体分子的平均速率：
则气体分子的平均动量（仅考虑其大小）
由此可见，平均质量大的气体分子，其平均动量也大 （有的文献①中所言：“干空气的平均速度也大于湿空 气”，是不正确的）．而对相同状况下的干空气与湿空 气来说，由于干空气中的气体分子密度及分子的平均质 量都比湿空气要大，且干空气分子的平均动量也比湿空 气大，因而湿度小的干空气压强也就比湿度大的湿空气 大．
t h , 吸湿能力减弱
冷却至凝结，t=td（与100%线相交），出现水
二、绝热加湿过程
• 喷水加湿1－2
h 0
d t
绝热加湿，增加含湿量，水分 蒸发。因与外界绝热，只能由 自身热量供给，故温度降低。
h1 (d2 d1 )hl h2
小而不计 小而不计
二、绝热加湿过程
• 喷水加湿1－2
其中： tw 湿球温度 ds 湿球温度下的饱和含湿量
tw 湿球温度下的汽化潜热
在温度计读出干/湿球温度计的温差后， 就可由表格查到对应t的相对湿度值。
第四节
湿空气的焓湿图
一、湿空气的焓湿图（h-d图） h-d 图由下列五种线族组成： ＝100% 饱和空气曲线把 h-d 图分成两部
分，曲线以上为未饱和湿空气，曲线以 下无实际意义。
当我们给盛有空气的密闭容器加热的时候，则其压强当然也会增 大．而对大气来说情况就不同了．当某一区域的大气温度因某种因 素而升高时，必将引起空气体积的膨胀，空气分子势必要向周围地 区扩散．温度高，气体分子固然会运动得快些，这将成为促进压强 增大的因素．但另一方面，随着温度的升高，气体分子便向周围扩 散，则该区域内的气体分子数就要减少，从而形成一个促使压强减 小的因素．而实际的情况乃是上述两种对立因素共同作用的结 果．至于这两种因素中哪个起主要作用，我们不妨来看一看大陆及 海洋上气压随气温变化的实际情况．我们说，夏季大陆上气温比海 洋上高，由于大陆上的空气向海洋上扩散，而使大陆上的气压比海 洋上低；冬季大陆气温比海洋上低，由于海洋上空气要向大陆上扩 散，又使大陆上气压比海洋上高．而由此可见，在温度变化和分子 扩散两个因素中，扩散起着主要的、决定性的作用．应当指出，这 里所说的扩散，是指空气的横向流动．因为由空气的纵向流动并不 能改变竖直气柱的重量（有的文献②把因温度而产生的气压变化说 成是空气沉浮的结果，这是不妥的），因而也就不能改变大气的压 强（对重力加速度g因高度变化而产生的影响完全可以忽略）．
h
maha mvhv ma
ha
dhv
经验公式：
h 1.005 d(2501 1.86) kJ kg(干空气）
六、湿空气的比体积
1 kg干空气与d kg的水蒸气组成的湿空
气，其比体积为：
v (1 d ) RgT m3 / kg(干空气) P
其中： Rg
287 461d wi Rg,i 1 d
kg kg (干空气）
干空气的摩尔质量 =28.97×103kg/mol
d Mv pv 0.622 pv 0.622 pv 0.622 ps
M a pa
pa
p pv
p ps
四、湿空气的含湿量d
在干燥、吸湿等过程中，载热/湿介质是干空气，湿空 气的一些状态参数都是以单位质量干空气为基准的。
于饱和空气，其相对湿度为1或100%）
• 思考——相对湿度 愈小，表明什么？
• 的变化范围为 0～1（0%～100%，对
于饱和空气，其相对湿度为1或100%）
• 思考——相对湿度 愈小，表明什么？
• 相对湿度 愈小，表示空气中水蒸气离
饱和状态越远，即越干燥，此时空气吸 收水分的能力越强；反之空气愈潮湿， 吸湿能力越弱。★