空气的热湿处理---热质交换与设备原理
《热质交换原理与设备》课件：第4章 空气热湿处理
因此，空气的主体部分与冷却器表面的热交换是由 于空气的主流与凝结水膜之间的温差而产生的，质交换 则是由于空气主流与凝结水膜相邻的饱和空气层中的水 蒸气的分压力差，即含湿量差而引起的。下面介绍根据 麦凯尔(Merkel)方程的计算方法（重点掌握）。
如图4-2所示，湿空气和水膜在无限小的微元面积
dA上的热、质交换量可用下列两方程来表示为：
显热交换：空气与水之间存在温差时，由导热、对流和 辐射作用而引起的换热结果。
潜热交换：空气中的水蒸气凝结(或蒸发)而放出(或吸收) 汽化潜热的结果。
总热交换：显热交换和潜热交换之和。
如图4-5所示，当空气与敞开水面或飞溅水滴表面接触 时，由于水分子作不规则运动的结果，在贴近水表面处存在 一个温度等于水表面温度的饱和空气边界层，而且边界层的 水蒸气分压力取决于水表面温度。空气与水之间的热湿交换 和远离边界层的空气(主体空气)与边界层内饱和空气间温差 及水蒸气分压力差的大小有关。
由式(3)与式(4)得：
（3） （4）
（4-4）
是表示i与tw之间关系的工作线斜率（操作线斜率） 。 式(4-2)、(4-3)与(4-4)使我们能很快地在i-t图上，
做出湿空气在空气冷却器冷却降温过程中的温度与焓 的变化曲线。
图4-3是一个典型的水—空气系统的 i-t图。PQ为饱和线，表示冷表面上饱和 空气的状态，E点的坐标为(i，t)，为湿 空气进口的状态点，M点为湿空气出空 气冷却器的状态点，则曲线EM即为湿 空气在冷却降温过程中的过程线。图中 B点的坐标为(i，tw)，因此当空气冷却器 有关参数和湿空气进口状态确定后，B 点亦就确定了，过B点作斜率为WCW/G 的工作线，再过B点作斜率为－hw/hmd的 直线，交饱和线PQ于点C，则C点的坐 标为(ii，ti)，BC线称为连接线。连接E、 C两点，由式(4-2)可知，直线EC就是过 程线在初始点位置上的切线。
热质交换原理与设备
1、有空气和氨组成的混合气体，压力为2个标准大气压，温度为273K，则空气向氨的扩散系数是1。
405*10-5 m2/s。
2、当表冷器的表面温度低于空气的露点湿度时，就会产生减湿冷却过程。
3、某一组分的速度与整体流动的平均速度之差，成为该组分的扩散速度。
4、冷却塔填料的作用是将进塔的热水尽量细化，增加水和空气的接触面，延长接触时间，增进水汽之间的热值交换延长冷却水停留时间，增加换热面积，增加换热量，均匀布水。
5、刘伊斯关系式文中叙述为h/h mad=Cp刘伊斯关系式文中叙述为即在空气一水系统的热质交换过程中，当空气温度及含湿量在实用范围内变化很小时，换热系数与传质系数之间需要保持一定的量值关系，条件的变化可使这两个系数中的某一个系数增大或减小，从而导致另一系数也相应地发生同样的变化。
6、一套管换热器、谁有200℃被冷却到120℃，油从100℃都被加热到120℃，则换热器效能是25% 。
7、总热交换是潜热交换和显热交换的总和。
8、当流体中存在速度、温度、和浓度的梯度时，就会分别产生动量、热量和质量的传递现象。
9、锅炉设备中的过热器、省煤器属于间壁式式换热器。
10、潜热交换是发生热交换的同时伴有质交换（湿交换）空气中的水蒸气凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。
11、有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为3个标准大气压，温度为0℃，则此混合物中空气的质扩散系数为0.547*10-5m2/s。
12、一管式逆流空气加热器，平均换热温差为40℃，总换热量位40kW，传热系数为40W/(m2.℃)则换热器面积为25m2。
13、流体的粘性、热传导性和质量扩散通称为流体的分子传递性质。
14、当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生切应力；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的质量扩散；描述这三种分子传递性质的定律分别是牛顿粘性定律、傅里叶定律、菲克定律。
《热质交换原理与设备》课后习题答案(第3版)
第一章绪论1、答：分为三类。
动量传递：流场中的速度分布不均匀（或速度梯度的存在）；热量传递：温度梯度的存在（或温度分布不均匀）；质量传递：物体的浓度分布不均匀（或浓度梯度的存在）。
2、解：热质交换设备按照工作原理分为：间壁式，直接接触式，蓄热式和热管式等类型。
1) 间壁式又称表面式，在此类换热器中，热、冷介质在各自的流道中连续流动完成热量传递任务，彼此不接触，不掺混。
2) 直接接触式又称混合式，在此类换热器中，两种流体直接接触并且相互掺混，传递热量和质量后，在理论上变成同温同压的混合介质流出，传热传质效率高。
3) 蓄热式又称回热式或再生式换热器，它借助由固体构件（填充物）组成的蓄热体传递热量，此类换热器，热、冷流体依时间先后交替流过蓄热体组成的流道，热流体先对其加热，使蓄热体壁温升高，把热量储存于固体蓄热体中，随即冷流体流过，吸收蓄热体通道壁放出的热量。
4) 热管换热器是以热管为换热元件的换热器，由若干热管组成的换热管束通过中隔板置于壳体中，中隔板与热管加热段，冷却段及相应的壳体内穷腔分别形成热、冷流体通道，热、冷流体在通道内横掠管束连续流动实现传热。
3、解：顺流式又称并流式，其内冷、热两种流体平行地向着同方向流动，即冷、热两种流体由同一端进入换热器。
1) 逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，即冷、热两种流体逆向流动，由相对得到两端进入换热器，向着相反的方向流动，并由相对的两端离开换热器。
2) 叉流式又称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉。
3) 混流式又称错流式，两种流体的流体过程中既有顺流部分，又有逆流部分。
4) 顺流和逆流分析比较：在进出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，顺流时，冷流体的出口温度总是低于热流体的出口温度，而逆流时冷流体的出口温度却可能超过热流体的出口温度，以此来看，热质交换器应当尽量布置成逆流，而尽可能避免布置成顺流，但逆流也有一定的缺点，即冷流体和热流体的最高温度发生在换热器的同一端，使得此处的壁温较高，为了降低这里的壁温，有时有意改为顺流。
热质交换原理与设备(chapter4 new)
固体除湿器－旋转式 旋转式是通过转轮的旋转，使被除湿的气 流所流经的转轮除湿器的扇形部分对湿空 气进行除湿，而再生气流流过的剩余扇形 部分同时进行吸附剂的再生。被除湿的处 理气流和再生气流一般逆流流动。转轮式 除湿器可以连续工作、操作简便、结构紧 凑、易于维护，所以在空调领域常被应用 （图4-24）。
总结：显热和潜热传递的方向 （1）当空气与水直接接触时，从空气侧而言：空 气达到一定的状态为换热目的
3）潜热交换以空气初状态的露点温度TL1为界，当 Tw＞TL1时，空气得到潜热量，当Tw＜TL1时，空气 失去潜热量。同样，总热流方向还要看显热流量而 定。 4）当水温Tw＞T1时，显热、潜热都向着空气，总 热流方向总是向着空气。
在dX微元体上的导热增量为：
dqF qF 2 qF1 0
在dX的微元体上，凝结水膜与肋片的传热量为：
与导热增量平衡
空调温度范围内，为了简化计算过程，饱和空气 的焓可近似用下式表示为：
i a b t
a、b分别为计算空气焓的简化系数
iw a b t w
iF a b t F
空气干燥循环 吸附空气中水蒸气的吸附剂称为干燥剂（限定）。 干燥剂的吸湿和放湿是由干燥剂表面的蒸汽压与环 境空气的蒸汽压差决定的： 当干燥剂表面的蒸汽压较低时，干燥剂吸湿，反之 放湿，两者相等时，达到平衡，即既不吸湿，也不 放湿。 当表面水蒸气分压超过周围空气分压时，干燥剂脱 湿，这个过程称为干燥剂再生过程
结论：温差是热交换的推动力（高温向低温传递）， 水蒸气分压力差是质交换的推动力（高分压向低分 压传递）。
当空气与水在一微元面积dA（ m2）上接触时，空 气温度变化为dt，含湿量变化为 d(d)，显热交换量 将是：
《热质交换原理与设备》课程教学大纲(本科)
热质交换原理与设备(Principle and Equipment of Heat and Mass Transfer)课程代码：02410040学分：2.0学时：32 （其中：课堂教学学时：28实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：《传热学》、《工程热力学》、《流体力学》适用专业：建筑环境与能源应用工程教材：热质交换原理与设备，连之伟，北京：中国建筑工业出版社，第四版一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热质交换原理与设备》是具有承上启下意义，同时起到连接相关专业基础课与专业课桥梁作用的专业基础课。
它是在《传热学》、《流体力学》和《工程热力学》的基础上，将专业中《冷热源工程》、《暖通空调》、《热泵原理与应用》等专业课中涉及流体热质交换原理及相应设备的共性内容抽出，经综合、充实和系统整理而形成的一门专业基础课程。
此课程兼顾理论知识和设备知识，培养学生较全面掌握动量传输、热量传输及质量传输共同构成的传输理论的基础知识，掌握本专业中的典型热质交换设备的热工计算方法，为进一步学习本专业的专业课程打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:掌握传质的理论基础，包括传质的基本概念，扩散传质、对流传质的过程及分析, 相际间的热质传递模型。
课程目标2：理解传热传质的分析和计算知识，包括动量、热量和质量的传递类比，对流传质的准则关联式，热量和质量同时进行时的热质传递；学会运用所学知识分析实际问题。
课程目标3：熟悉空气热质处理方法，包括空气处理的各种途径，空气与水/固体表面之间的热质交换过程及主要影响因素，吸附和吸收处理空气的原理与方法，用吸收剂处理空气和用吸附材料处理空气的原理与方法；学会理论联系实际，分析环境控制领域常用的空气热质处理原理。
课程目标4：掌握热质交换设备的热工计算方法，包括间壁式热质交换设备的热工计算，混合式热质交换设备的热工计算和复合式热质交换设备的热工计算，能够针对具体需求对常见热质交换设备进行设计计算和校核计算。
第三章空气的热湿处理
第一节 空气热湿处理的途径 及使用设备的类型
（2）W→1→O 固体吸湿剂等焓减湿
1 W
表面式冷却器 等湿冷却 （3）W→O
O
L
液体吸湿剂减湿冷却
第一节 空气热湿处理的途径 及使用设备的类型
2、冬季（加热加湿）
（1）W′→L→O
4 5 O
喷水室喷热水 加热加湿
3
2
L′ L
加热器再热
W′
第一节 空气热湿处理的途径 及使用设备的类型
界层空气向主体空气传热；反之，则主体空气向边界 层空气传热。
第二节 空气与水直接接触时的 热湿交换
＊湿交换的推动力
主体空气与边界层空气之间的水蒸汽分压力差。
当边界层空气的水蒸汽分压力大于主体空气的水
蒸汽分压力时，水蒸汽分子由边界层向主体空气迁移 （蒸发）；反之，则水蒸汽分子由主体空气向边界层 迁移（凝结）。
A
1
2
3
t w1 t w t w t w2
t w1
(a)顺流 t w1 t l (b)逆流 t w1 t l
(c)顺流 t w1 >t A
第二节 空气与水直接接触时的 热湿交换
3、实际条件下的状态变化过程
＊实际条件：空气与水的接触时间有限、水量也有限
＊状态变化过程：空气最终难以达到饱和状态。
二、喷水室的热工计算方法
1、喷水室的热交换效率
表示实际过程接近理想过程的程度。
（1）全热交换效率E
＊绝热加湿以外的其他处理过程： E 1 t s2 t w 2 t s1 t w1 t 2 t s2 ＊绝热加湿过程： E 1 t1 t ts1 定义式
第三节 用喷水室处理空气
空气的热湿处理[知识探索]
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后挡水板：使夹在空气中的水满分离出来，以减少空气 带走 的水量(过水量)。
风音书屋
10
（3）池底部接管
底池又和四种管道相连。这四种管道是：
(1) 循环水管：底池通过滤水器与循环水管相连，使落到底池的水 能重复使用。 滤水器的作用是能除去水中杂物，以免堵塞喷嘴。 (2) 溢水管：底池通过溢水器与溢水管相连，以便排除夏季内空气 中冷凝出来的水 或收集回水。此外，溢水器的喇叭口上有水封罩可 将喷水室内、外空气隔绝，并使底池 水面维持一定高度。
以热水为热媒的空气加热器，管路的串、并联方式与表 冷器相同，但以蒸汽为热媒的空气加热器，其蒸汽管路与 各台换热器之间只能用并联，不能用串联。
表冷器垂直安装时务必要使肋片保持垂直。 表冷器的下面都应设置集水盘和泄水管。
风音书屋
18
a:蒸汽管道与加热器并联
b\c:冷（热）水管道与冷 却器（加热器）并\串联。
未饱和空气
边界 层
水滴
边界层
(a)
水
(b)
空风气音与书屋水的热、湿交换
4
(a)敞开的水面 （b)飞溅的水滴
（二）空气与水直接接触时的状态变化过程
假想条件：和空气接触的水量无限大，接触 时间无限长。
结果是：热湿交换后全部空气都达到饱和 状态，并具有水的温度。
风音书屋
5
风音书屋
6
理想条件：空气与水的接触时间足够长，水量有限 结果是：热湿交换后全部空气都达到饱和状态， 水与空气的运动方向相同时（顺流），空气终温等于水终温 水与空气的运动方向相对时（逆流），空气终温等于水初温。 水温变化
实际工程中：空气与水的接触时间不够充分，而且 水量是有限的，空气的终状态往往达不到饱和，只 能达到ψ=95%左右。空风音气书屋 的终温与水存在温差7 。来自第三节 用喷水室处理空气
《空气的热湿处理》PPT课件
热湿交换设备
直接接触式
喷水室 蒸汽加湿器 局部加湿装置(喷水加湿 ） 液体吸湿剂
表面式
光管式和肋片管式空气加热器 空气冷却器
4/68
1 空气热湿处理设备的类型
空气电加热器和使用固体吸湿剂的设备不属于热 湿交换设备：没有参与热湿交换的介质。原理有 所不同
5/68
1 空气热湿处理设备的类型
喷水室和表面式换热器是主要研究对象
热湿交换分析 基础
16/68
2 空气与水直接接触时的热湿交换：刘伊斯关系 存在刘伊斯关系，有
dz Q dq Q dx Q [ c p ( t tb ) r ( d d b )d ]F
增加考虑水的液体热
Merkel方程：总热交换量的推动力是焓差
17/68
3 喷水室处理空气
用喷水室处理空气的方法得到了普遍应用
➢若采用三排喷嘴，则以应用一顺两逆的喷水方 式为好。
42/68
3 喷水室处理空气，热工计算
2 ,1 的影响因素分析：喷水室结构特性
❖喷嘴排数： ❖喷嘴密度 ❖喷水方向 ❖排管间距 ❖喷嘴孔径
➢综合考虑换热效果和占地面积，排管间距均可 采用600mm
43/68
3 喷水室处理空气，热工计算
2 ,1 的影响因素分析：喷水室结构特性
质交换 VS
热交换
空气与水在一个微小表面上接触： 边界层空气t
显热交换：
dQ x(ttb)dFW源自边界层水蒸气分子浓度
湿交换： dW D(CCb)dFkg/s
dW (pqpq,b)dF dW (ddb)dF
11/68
2 空气与水直接接触时的热湿交换：基本原理
湿交换： dW (ddb)dF
潜热交换：
热质交换原理与设备
当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传递现象。
动量、热量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。
质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量称为该组分的质量浓度。
物质的量浓度：单位体积混合物中某组分的物质的量称为该组分的物质的量浓度，符号C。
绝对速度= 主体流动速度+ 扩散速度单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。
传质通量等于传质速度与浓度的乘积。
质量传递的方式分为分子传质和对流传质。
分子传质又称为分子扩散，它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。
对流传质是指壁面和运动流体之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递。
在湍流流体中，由于存在大大小小的漩涡运动，而引起各部位流体间的剧烈混合，在有浓度差存在的条件下，物质便朝着浓度降低的方向进行传递，这种凭借流体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象，称为紊流扩散。
斐克定律：在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分A和组分B将发生互扩散，其中组分A 向组分B的扩散通量与组分A的浓度梯度成正比。
斐克定律只适用于由于分子无规则热运动引起的扩散过程，其传递的速度即为扩散速度。
组分的实际传质通量= 分子扩散通量+ 主体流动通量在气体扩散过程中，分子扩散有两种形式，双向扩散和单向扩散。
等分子反方向扩散（双向扩散）：设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则成为等分子反方向扩散。
组分A通过停滞组分B的扩散（单向扩散）：设组分A、B两组分组成的混合物中，组分A 为扩散组分，组分B为不扩散组分，组分A通过停滞组分B进行扩散。
液体中的等分子反方向扩散发生在摩尔潜热相等的二元混合物蒸馏时的液相中，此时，易挥发组分A向气液相界面方向扩散，而难挥发组分B则向液相主体的方向扩散。
热质交换原理与设备第三版第4章
间接蒸发冷却的制冷装置示意图 间接蒸发空气处理过程的i-d图表示
2021/2/12
52-35
4.3.3 与水直接接触时空气的状态变化过程
空气与水接触时，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 掺混，从而使主流空气状态发生变化。
为方便分析，假设全部空气与水接触后都能 达到具有水温的饱和状态，即水量无限大、 接触时间无限长。
52-18
Gdi hmd (i ii )dA
hw (ti
tw )
Wcw
dtw dA
di Wcw dtw G
上式为i与tw之间的工作线斜率
又：
湿空气在冷却降湿过 程中的过程线斜率
di i ii dt t ti
点（i, tw)与(ii, ti )连接线斜率
ii i hw hwcp
显热交换量： dQx Gcpdt ht tb dA
湿交换量： dW Gd (d ) hmp ( pq pqb )dA
湿交换量也可写成：dW hmd (d db )dA
潜热交换量： dQq rdW rhmd (d db )dA
热质交换原理与2021/2/12
52-32
总热交换量 dQz dQx dQq
Gcpdt h(t ti )dA
h hmd cp
di i ii dt t ti
湿空气在冷却降湿过程中的过程线斜率
hw (ti tw ) hmd (i ii )
ii i hw hwcp
ti tw
hmd
h
点（i, tw)与(ii,ti )的连接线斜率
热质交换原理与2021/2/12
t
湿 空
第三章空气的 热湿处理
0
pq2 pq4
pq6
水蒸汽分压力Pa 水蒸汽分压力
t6=tA t4=ts t2=tl
A
前提：水温不变，水量无限大，接触时间无限长 前提：水温不变，水量无限大，
七种典型的空气状态变化过程
水温特点 T或QX D或Qq 减 不变 增 增 增 增 增 i或QX 减 减 减 不变 增 增 增
A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7
α σ −γ
( t − t b)
(a )
空气失去的显热又以潜 热的形式回到空气中， 则对湿空气而言： γ（d b − d) = c p ( t − t b) ⇒ db − d = cp
γ
( t − t b)
( b)
比较以上两式可得：
α = cp σ
应用？ 应用？
三、空气与水直接接触时的状态变化过程（理想条件） 空气与水直接接触时的状态变化过程（理想条件）
dW = σ（d - db）dF σ（
σ—空气与水表面间按水蒸汽含湿量差计算的 湿交换系数，单位kg/m 湿交换系数，单位kg/m2s d—周围空气的含湿量，kg/kg干 周围空气的含湿量， db—边界层空气的含湿量，kg/kg干 边界层空气的含湿量，
潜热交换量： 潜热交换量：dQq = rdW = r σ（d - db） dF
tw<tl tw=tl
减 减
tl<tw< 减 ts tw=ts 减 ts<tw <t tw=tA tw>tA
减 不变 增
说明： 说明：
A-2 空气加湿与减湿的分界线：t>tb， 空气加湿与减湿的分界线： d=db，有显热交换，等湿冷却过程。 有显热交换，等湿冷却过程。 A-4 空气增焓与减焓的分界线： 空气增焓与减焓的分界线：空气沿等 湿球温度线变化而加湿，即等焓加湿过程。 湿球温度线变化而加湿，即等焓加湿过程。 A-6 等温加湿过程，空气的潜热量增加， 等温加湿过程，空气的潜热量增加， 焓增大
热质交换原理与设备-第四章空气热质处理方法
当水温等于空气露点温度时，发生A—2过程。此时由于 tw＜tA和Pql=PqA，所以空气被等湿冷却。
当水很高于空气露点温度而低于空气湿球温度时，发生 A—3过程。此时由于：tw＜tA和Pq3＞PqA，空气被冷却和 加湿。
当水温等于空气湿球温度时，发生A—4过程。此时由于 等湿球温度线与等焓线相近，可以认为空气状态沿等焓线变 化而被加湿。在该过程中。由于总热交换量近似为零，而且 tw＜tA和Pq4＞PqA，说明空气的显热量减少、潜热量增加， 二者近似相等。实际上，水蒸发所需热量取自空气本身。
（4-15）
所谓稳定工况是指在换热过程中，换热设备内任何一点 的热力学状态参数都不随时间变化的工况。严格地说，空调 设备中的换热过程都不是稳定工况。然而考虑到影响空调设 备热质交换的许多因素变化(如室外空气参数的变化，工质 的变化等)比空调设备本身过程进行得更为缓慢，所以在解 决工程问题时可以将空调设备中的热湿交换过程看成稳定工 况。
这就是湿空气在冷却降湿过程中3）
这就是连接点(i，tw)与(ii，ti)的连接线斜率。此式说明当空气
冷却器结构确定后，已知空气和冷却剂流速值，-hw/hm就为定值，
显然当tw一定时，表面温度ti仅与空气进口的焓有关。
由式(3)与式(4)得：
（4-4）
1)热、质传递过程是稳定的；
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对于水-空气系统，根据刘伊斯关系式上式改写为
hw (ti t w ) hmd c p (t ti ) (d d i )r
hmd (i ii )
麦凯尔方程
湿空气在冷却表面进行冷却降湿过程中，湿 空气主流与紧靠水膜的饱和空气的焓差是热湿交 换的推动力。
等截面直肋示例
2013-7-31 52-23
假定： 1）热、质传递过程 是稳定的； 2）肋片的导热系数、 肋根温度均为定值；
湿空气
2yF
dqF tw
tF qF
dx
L
3）肋片只有x向导
热，肋片外的水膜
水膜平均厚度 y
w
x
tFB
只有y向的导热 。
等截面直肋
2013-7-31
y
52-24
dt 2F y F dx
温 度 （ C ）
A
As
含湿量 g/kg
直接蒸发冷却空调工作原理
直接蒸发空气处理过程的i-d图 表示
tan hpL w pL
定义湿肋的 肋效率为： 其中：
w
i iF , m i iF , B
iF ,m iF , B
p
hD F y F
湿肋与干肋的肋效率形式相同，将h替换为 hmd后可直接引用干肋肋效率图表
2013-7-31 52-28
4.3 空气与水直接接触时的热湿交换
2
w
bw yw
(iw iF )dx
微元体上，湿空气和水膜的总传热量为
dqF c p h i iw dqF 2hmd (i iw )dx 2 (i iw )dx dx 2h cp bw dqF y w c p i iF b h 2dx w w
焓湿图简介
2013-7-31 52-3
以1kg干空气的湿空气为基准，在一定的大气压力 下，取焓h与比湿度d为坐标，图中有定比湿度、 定水蒸气分压力、定露点温度、定焓、定湿球温 度、定干球温度、定相对湿度各线簇。
2013-7-31 52-4
定比湿度线簇
一定压力下，水蒸气分压与比湿度一一对应， 因此定比湿度线簇也是定水蒸气分压力线簇。 露点温度td取决于水蒸气分压，因此定比湿度 线簇也是定td线簇。
忽略水膜和金属表面的热阻， 冷却剂的传热量有：
湿空气边界层 t 湿 ti 空 气G
d di
冷表面
hw (ti t w )dA Wc wdtw
tw 冷 却 d A 剂W
冷却剂边界层
dtw hw (ti tw ) Wc w dA
2013-7-31 52-16
根据热平衡可得
hw (ti t w ) h(t ti ) hmd (d di ) r
传热 传质
湿空气
气膜
冷却介质
冷凝液膜
湿空气在冷壁面上的冷却去湿过程示意图 2013-7-31
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凝 结 水 膜
湿空气边界层 t ti
冷表面
tw 冷 却 d 剂W A
湿 空 气G
d
di
冷却剂边界层
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空气侧：
凝结水膜
Gdd hmd (d di )dA
Gc p dt h(t ti )dA
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根据热平衡，空气侧：
Gdi hmd (i ii )dA
Gc p dt h(t ti )dA
h hmd c p
di i ii dt t ti
湿空气在冷却降湿过程中的过程线斜率
hw (ti t w ) hmd (i ii )
hwc p ii i hw ti t w hmd h
(5)W' →5→L' →O: 加热器预热→ 一部分喷淋室绝热加湿→与另一部分 未加湿空气混合
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4.1.3 空气热湿处理及设备 根据各种热质交换设备的特点不同分成两大类： 混合式热质交换设备 ： 包括喷淋室、蒸汽加湿器、局部补充加湿 装置以及使用液体吸湿剂的装置等 间壁式热质交换设备： 包括光管式和肋管式空气加热器及空气冷 却器等 有的空气处理设备如喷水式表面冷却器则兼有 这两类设备的特点。
肋片微元在-x方向上净导热量为 dq 2 y d t F dx F F F dx2 肋片与水膜之间的换热量为 dqF 2 w (t w t F )dx 饱和空气焓可近似为
dqF 2
yw iw aw bwt w
iF aw bwt F dqF bw yw iw i F dx 2w
入口端冷却剂温度
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湿球温度
出口端冷却剂温度
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常压下饱和湿空气的焓值及其在饱和曲线上的斜率
t(℃) 4.4 7.2 10.0 12.8 15.6 18.3 21.1 23.9 26.7 29.4 32.2 35.0 37.8 40.6 43.3 46.1 48.9 51.7 54.4 i(kcal/kg) 8.461 9.801 11.278 12.900 14.670 16.700 18.938 20.338 24.271 27.460 31.071 35.176 39.845 45.187 51.298 58.319 66.408 75.774 86.607 di/dt[kcal/(kg· ℃)] 0.454 0.507 0.557 0.616 0.684 0.763 0.855 0.960 1.082 1.224 1.389 1.580 1.802 2.061 2.364 2.72 3.14 3.64 4.25
4.3.1 热湿交换原理
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水膜表面的空气与水的热湿交换过程
湿空气主流G t d Pq 湿空气边界层 tb db Pqb
水
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温差是热交换的动力， 水蒸气分压力差是湿交换的动力 显热交换量：
dQx Gc p dt ht tb dA
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4.2 空气与固体表面之间的热湿交换
冷却降湿是将空气冷却到露点温度 以下，从而将其中水蒸气部分去除 的方法
冷却盘管
A
B
C
凝结水
湿空气通过盘管的情况
冷却除湿时空气状态变化的i-d 图上表示
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4.2.1 湿空气在冷表面上的冷却降湿
空调工程中通常通过金属冷壁面冷却湿空气以除掉湿 分，使得空气侧壁面上出现水蒸汽冷凝液在重力作用 下的流动 金属壁
2F y F d 2iF 2F y F d 2 iF dqF dx 2 2 bw dx bw dx d 2 iF h D iF dx2 F y F
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方程：
d 2 iF hD iF 2 dx F y F
x 0, iF iF , B 边界条件： di F 0 x L, dx
点（i, tw)与(ii,ti )的连接线斜率
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Gdi hmd (i ii )dA
dtw hw (ti t w ) Wc w dA
di Wc w dt w G
上式为i与tw之间的工作线斜率 di i ii 湿空气在冷却降湿过 又： 程中的过程线斜率 dt t ti 点（i, tw)与(ii, ti )连接线斜率
由于d通常很小，所以pv与d近似成线性
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定湿球温度线簇
由于d通常很小，湿球温度也不高，定tw 线可近似以理和方案
(1) W →L → O 喷淋室喷冷水(或用表面冷却器)冷却减湿 → 加热器再热
1
(2)W →1→ O: 固体吸湿剂减湿 → 表面冷却器等湿冷却 ( 3)W → O: 液体吸湿剂减湿冷却
换热扩大系数ξ（析湿系数） 对于水侧：
dQz dQx
dQz Wc p dtw
稳定工况时，空气侧与水侧换热量相等：
dQx dQq Wc p dtw
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4.3.2 蒸发冷却装置的特点与工作原理 蒸发冷却就是利用水与空气之间的热湿交换来实现 的, 可分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却 直接蒸发冷却是指在喷淋室中水与空气直接接触, 水不断吸收空气的热量进行蒸发, 从而使被处理的空 气降温加湿
di Wc w dt w G
hwc p ii i ti t w h
工 作 线
冷却减湿 过程线 A(i2, tw1) i2 ● ● M(i2, t2) 干球 温度 P tw1 td2 t2 tw2 td1 t1
di i ii dt t ti
干球温度
湿空气出口状态
湿球温度
t
hwc p ii i hw ti t w hm h
可在i-t图上做出湿空气在表冷器 冷却减湿过程 中的温度与焓的变化曲线
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i
湿 空 气 冷 却 减 湿 过 程 示 意 图
B(i1, tw2) ●
饱 和 线
Q
湿空气入口状态
● E(i1, t1)
切线 连 接 ● C(ii, ti) 线
5
W
t0
4 O
夏季：冷却减湿
L'
3
0
2
d0 W'
L
i
冬季：加热加湿
(1) W’ → 2 → L → O:加热器预热→ 喷蒸汽加湿→加热器再热 (2)W‘→ 3 → L → O: 加热器预热→ 喷淋室绝热加湿→ 加热器再热 (3) W' → 4 → O: 加热器预热→ 喷蒸汽加湿 (4)W' → L→ O: 喷淋室喷热水加热加湿→ 加热器再热