湿空气的物理性质及其焓湿

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。

标压：B ＝101.325KPa ，指北纬45°处海平面的全年平均大气压海拔高度↑，B ↓同一海拔，不同季节，B 也有±5％的波动 2、水蒸气分压力 （1）水蒸气分压力q P水蒸气单独占有湿空气的容积，并具有与湿空气相同的温度时，所产生的压力称之为水蒸气分压力。

用q P 表示 （2）饱和水蒸气分压力b q P ,压力是由于气体分子撞击容器壁而产生的宏观效果，因此水蒸气分压力的大小直接反映了水蒸气含量的多少。

水蒸气含量越大，水蒸气分压力越大，当湿空气中的水蒸气含量达到最大限度即饱和状态时，此时的水蒸气分压力称为饱和水蒸气分压力，用b q P ,表示，)(,t f P b q 见附录1-1，温度越高，b q P ,越大。

（二）温度绝对温标T ，k摄氏温标 t ，℃华氏温标 t ，℉ ()32-95F t C t ︒=︒（三）密度ρ（比容υ）湿空气为干空气和水蒸气混合，两者均匀混合，并占有相同的体积∴ q g ρρρ+＝ T R P TR P q q g g += TR P TR P B q q g q +-=TP T Bq .0003484.0-= （6）湿空气密度取决于q P ，水蒸气含量q P 越大，湿空气密度ρ越小。

因此湿空气密度比干空气密度小，通常标况下B=101325Pa, t=20℃,干空气密度g ρ＝1.205kg/m 3，因此常取湿空气密度ρ＝1.2kg/m 3。

0（四）含湿量d （绝对含湿量）衡量湿空气含有水蒸气量多少的指标t T +=273表示方法有定义：所含水蒸气质量与干空气质量之比，即含有1kg 干空气的湿空气所含有的水蒸气的量。

或者定义为湿空气中与1kg 干空气同时并存的水蒸气量。

gq m m d =kg/kg （7）干－＝＝＝⋅=kg kg P B P P P P P R R TR V P T R VP q q g q g q q g g g q q /622.0622.0 干－＝⋅kg g P B P qq /622（8）用途：今后对空气进行加湿、减湿处理时，都是用含湿量来计算空气中水蒸气量的变化。

（五）相对湿度ϕ表征湿空气中含有水蒸气量的间接指标定义：湿空气的水蒸气分压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气压力之比。

%100,⨯bq q P P ＝ϕ（9）ϕ↓，空气较为干燥，吸收水蒸气的能力强∴有了相对湿度ϕ，我们又可得到含湿量的另一种表达式干－＝⋅⋅⋅kg kg P B P d bq bq /622.0,,ϕϕ（10）ϕ,d 关系：定性：d ：表示水蒸气含量，不能反应空气吸湿能力——绝对量 ϕ：表示空气中水蒸气接近饱和的程度，反映了吸收水蒸气的能力——相对量实际上1, qb q P B P B --，∴bd dϕ （六）湿空气的焓i在空调工程中，空气的状态经常发生变化，也经常需要确定此状态变化过程中的热交换量，例如对空气进行加热和冷却时，常需要确定空气吸收或放出多少热量。

空气经过空气处理设备处理前后均可视为定压过程，空气的热量变化可用空气状态变化前后的焓值来表示，湿空气的焓都是以1kg 干空气做为计算基础的。

对于含有1kg干空气的湿空气的焓i湿空气＝干空气+水蒸气d i i i q g ⋅+⋅=1 （12） 如何确定g i ，q i ？原则：0℃时干空气的焓值与0℃水的焓值均为0，0℃时水蒸气的焓值为2500 kJ/kg 定压过程：t t C ig p g 01.1,＝⋅=（13）250084.12500,+=+⋅=t t C i q p q（14）t i t q 84.12500,=- 250084.1,+=t i t q∴ d i i i q g ⋅+⋅=1＝d t t )250084.1(01.1++ kJ/kg ·干空气（15）或 ＝1000)250084.1(01.1dt t ++ kJ/kg ·干空气 （16）或表示为 ()d t d i 250084.101.1++= kJ/kg ·干空气（17）由上式可以看出，()[]t d 84.101.1+是与温度有关的热量，称之为显热[]d 2500是0℃时dkg 水的气化热，与温度无关，是与含湿量有关的热量，称为潜热。

∴当湿空气的温度与含湿量升高时，焓值增大，但空气温度升高，而含湿量减少时，则湿空气的焓值变化不一定。

思考题：求t ℃时水蒸汽的气化潜热t r 解：t ℃水→t ℃水蒸气250084.119.4+=+t r t t ∴t t r t 19.4250084.1-+=§1.2湿空气的物理性质前面阐述的湿空气的几个状态参数及其关系式,在空调工程通常要确定湿空气的状态参数及变化过程,我们可用上述的公式解答,但不够直观,为了避免繁琐的公式计算，可以将上述参数用线算图表示出来，在空调设计使用的是以焓为纵坐标，含湿量为横坐标的焓湿图,可以直观的看出湿空气的状态变化, d i -图上的每个点都代表湿空气的某一状态。

为了更好的运用他，下面看看他的绘制过程。

一、d i -图以i 为纵坐标，d 为横坐标，构成的平面图，为了使图面展开，线条清晰，两坐标轴之间的夹角由常用的90°，扩展为大于或等于135°两坐标轴夹角︒≥135α，（坐标轴夹角大小不会影响湿空气状态参数之间的对应关系，只是改变了图形的形状和位置，目的使图面展开，清晰）。

为了避免图面过长，通常取一水平线画在图的上方，代替实际的d 轴。

在一定的大气压力下，将上述参数q P i d t ,,,,ϕ等关系反映在d i -图上，图中由四组等值线组成。

B 不同，d i -图不同，附录上的d i -图是B ＝101325Pa 得出的。

（一） 等焓i 线平行于原d 坐标的线为等焓线，流线上的每个点焓值相等，通过坐标原点（t =0℃,d =0）等焓线值为i ＝0，向上焓值为正，向下焓值为负，整个焓值是由下向上递增。

（二） 等含湿量d 线平行于i 坐标的线为等d 线，过O 点与纵坐标重合的线d ＝0 （三） 等温t 线t等温线P qi(0,0)d t t i )84.12500(01.1++= 如何确定？bd a +=等温线t 相同，给定t 值，a 、b 定，bd a i +=在d i -图上是直线。

截距为a ＝1.01t斜率为b ＝2500+1.84t又∵1.84△t 对于2500较小，斜率近似相等，等温线近似平行的一组直线∴根据不同温度t ，在d i -图上画出等温线。

t ＝0℃，d i 25000+=它是截距为0，通过原点O 的一条斜率k ＝2500的直线（四）水蒸气分压力线 qq P B P d -=622.0ddB P q +⋅=622.0＝()d f每给定一个d 值，就可以得到相应的q P 值（五）等ϕ线 P P bq q ==,ϕ根据d ，t 确定ϕ值，绘出等ϕ线 等ϕ线是一组发散形曲线， ％＝0ϕ，是纵坐标％＝100ϕ，是湿空气饱和状态线左上方：湿空气区（水蒸气处于过热区，稳定）∴t 不同，b 不同，斜率不同，相差1.84△t右下方：水蒸气处于过饱和状态区（不稳定，常有凝结现象，有雾区） （六）热湿比线ε1、ε定义ε定义为：湿空气的焓变化与湿量变化之比，又称角系数。

di ∆∆＝ε 或1000d i ∆∆＝εd i -图右下角给出了ε线既然说是焓变化或湿量变化，则必有两个状态点，假定有A 、B 两个状态点，空气由A 状态变化到B 状态()()h Kg h KJ W Q d d m i i m d d i i d i A B gA B g A B A B //100010001000=∆∆=--=--∆∆＝＝ε∴B A -ε代表湿空气的状态变化方向，即状态A 的空气对其加入热量Q ∆，湿量W ∆ 之后，变成了状态B ，即对于空调工程来说，Q ∆、W ∆即为空气处理设备提供的热量与湿量。

热湿比ε反应了空气从状态A 到状态B 的过程斜率，即该过程线与水平线的倾斜角度，因此又称为角系数。

只要热湿比值相同，他们的过程线就一定平行。

2、ε值分布等焓线与等含湿量线将圆周分为四部分区域，（1）O →A ，0 ++=--∆∆O A O A OA d d i i d i ＝＝ε （2）O →B ，0 +-=--∆∆O B O B OB d d i i d i ＝＝ε （3）O →C ，0 --=--∆∆O C O C OC d d i i d i ＝＝ε （4）O →D ，0 -+=--∆∆O D O D OD d d i i d i ＝＝ε （5）等焓线： O →1O , 00=+∆∆＝＝d i ε O →3O , 00=-∆∆＝＝d i ε（6）等含湿量线：O →2O , ∞=∆∆－－＝＝0d i εO →4O +∞=+∆∆0＝＝d i ε这1OO 、2OO 、3OO 、4OO 将d i -图分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个象限。