工程热力学第三版电子教案第8章

第8章湿空气

8．1 本章基本要求 (73)

8．2 本章难点 (73)

8．3 例题 (73)

8．4 思考及练习题 (78)

8．5 自测题 (81)

8．1 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。

8．2 本章难点

湿空气是一种理想混合气体，遵循理想混合气体的性质，但它与一般理想混合气体又有重要区别，由于湿空气中的水蒸汽分压力达到饱和压力时将引起部分水蒸汽的冷凝，湿空气中的水蒸汽的含量将随之改变，因此要注意湿空气的特殊性质：

(1) 结露和露点：湿空气在定压下降温到与水蒸汽分压力相对应的饱和温度时，所出现的冷凝现象称为结露，其温度为露点，即水蒸汽分压力相对应的饱和温度为露点温度。

(2) 饱和湿空气和未饱和湿空气：依据其湿空气中水蒸汽是否达到饱和状态，可划分这两类湿空气。

(3) 湿空气的干球温度和湿球温度：湿空气的温度称为干球温度，用湿纱布包住水银温度计的水银柱球部时，紧贴湿球表面的饱和湿空气温度称为湿球温度。通常湿球温度低于干球温度，高于露点温度。

8．3 例题

例1：如果室外空气的参数为p=1.0133bar，t=30℃, =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 0

8.8=，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气压力为p 1解量为d 1（kg/kg(a)）例3℃，ϕ1=80%。空调装置向室内供应t 3=20℃，ϕ3=50%的调节空气，空气供应量m A =50kg/min 。如果空调过程如图8.2所示，先将空气冷却去湿，然后再加热至要求的状态。试计算：

（1）每分钟空气需要除去的水分； （2）每分钟冷却介质应带走的热量； （3）加热器加入的热量。

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

d

1

23

h 1

t 13

h 3

t φ=100%　

图8.2

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

)2738(50)(2323

-⨯=-=h h m Q a &&

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

.0120

1+=+=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：

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

入口空气量仍为120m 3

/min

∴ m a =146.03kg/min ，m w =0.423kg/min ，

h 2=50.4kJ/kg

加热盘管的加热量为：