比热容的计算

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
(2)以分压比表示
H = 0.622 p P− p
式中: p ——水蒸汽分压,Pa;
(5-2)
P——湿空气总压,Pa。 (3)饱和湿度 Hs: 若湿空气中水蒸汽分压恰好等于该温度下水的饱和蒸汽压 Ps,此时的湿度 为在该温度下空气的最大湿度,称为饱和湿度,以 Hs 表示。
(5-3)
式中: ps ——同温度下水的饱和蒸汽压,Pa。 由于水的饱和蒸汽压只与温度有关,故饱和湿度是湿空气总压和温度的函
表征空气中所含水蒸气多少的两个参数是湿度 H 和相对湿度 φ。
1.湿度 H
湿度又称湿含量,是湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。
(1)定义式
H = M wnw = 18nw = 0.622 nw kg / kg绝干空气
M g ng 29ng
ng
(5-1)
式中: M g ——干空气的摩尔质量,kg/kmol; M w ——水蒸汽的摩尔质量,kg/kmol; ng ——湿空气中干空气的千摩尔数,kmol; nw ——湿空气中水蒸汽的千摩尔数,kmol。
H = 0.622 p 0.01 = 0.622 p
P− p 或
101330 − p
解得: p = 1603Pa (2)相对湿度ϕ :
H = 0.622ϕps P − ϕps

0.01
=
0.622 ×19919.34ϕ 101330 −19919.34ϕ
解得:ϕ = 0.0805 = 8.05% 另解:先计算出湿空气的水气分压 p ,然后用式 5-4 计算ϕ 。前解已算
第 1 节 湿空气的性质与湿度图
在干燥操作中,采用不饱和空气为干燥介质,干燥过程所需空气用量、热量
消耗及干燥时间等均与湿空气的性质有关。故首先介绍湿空气的性质。
计算基准:干燥过程中,绝干空气的质量始终不变,故湿空气各种有关性质
及干燥计算均以单位质量绝干空气为计算基准。
5.1.1 湿空气的性质
一、湿度 HBiblioteka Baidu和相对湿度 φ
湿球温度。经推导得:
tw
=
t

k H rtw α
(H s,tw

H)
(5-10)
式中:HS,tw——湿空气在温度为 tw 下的饱和湿度,kg 水/kg 干气;
H ——空气的湿度,kg 水/kg 干气。
α——空气向水的对流传热系数,W /(m2 ⋅ °C) kH——以湿度差为推动力的传质系数 kg/(m2·s·ΔH)
φ 愈小,即 p 与 ps 差距愈大,表示湿空气偏离饱和程度愈远,干燥能力愈大。 (2)H、φ、t 之间的函数关系:
(5-5)
由上式可见, 水蒸汽分压相同,即湿度相同,而温度不同的湿空气,若温
度愈高,则 Ps 值愈大,φ 值愈小,干燥能力愈大。因此加热空气,可以提高干
燥效果。
二、湿空气比容υH
干燥过程计算中,将进行空气消耗量计算,其中涉及空气质量流量和体
注意:
(1) 湿球温度 tw 为湿空气温度 t 和湿度 H 的函数,tw≤t,湿度越大,湿
球温度 tw 越高,越接近湿空气温度 t,当空气达到饱和湿度时,tw=t。
(2) 在测量湿球温度时,空气速度一般需大于 5m/s,使对流传热起主要作
用,相应减少热辐射和传导的影响,使测量较为精确。
六、露点温度 td
4.等相对湿度(等Φ线)群:
根据式 5-5 可标绘等相对湿度线:
(5-16) 当总压一定时,任意规定相对湿度Φ为某值,于是上式简化为 H 与 ps 的关 系式,而 ps 又是温度的函数,按式 5-5 算出若干组 H 与 t 的对应关系,并标绘 于 H-I 坐标图中,关系曲线即为等ϕ 线。如是规定一系列ϕ 值,可得等Φ线群。
式,按此式算出若干组 I 与 H 的对应关系,并标绘在 H—I 坐标图中,关系线为
某温度 t 时的等 t 线。如此规定一系列的温度 t 值,可得到等 t 线群。式 5-9b
为线性方程,斜率(188 t+2490)是温度 t 的函数,故诸等 t 线是不平行的。
图 5-4 中 t 的读数范围为 0-250℃。
图 5-3 绝热饱和塔示意图
tas 。气液在逆流接触中,由于空气处于不饱和状态,水分则不断汽化进入空气。 又由于系统与外界无热量交换,水分汽化所需汽化潜热只能取自空气的显热,于 是气体沿塔上升时,不断地冷却和增湿,若塔足够高,使得气、液有充足的接触 时间,气体到塔顶后将与液体趋于平衡,达到过程的极限。此时,空气已被水分 所饱和,液体不再汽化,气体的温度也不再降低,达到入口气体在绝热增湿过程
算法,为此将表达湿空气各种参数的计算式标绘在坐标图上,只要知道湿空气任 意两个独立参数,即可从图上迅速地查出其他参数,常用的图有湿度—焓(H—I) 图、温度一湿度(t—H)图等,本教材采用 H 一 I 图。
一、H——I 图的绘制
图 5-4 为常压下湿空气的 H—I 图,为了使各种关系曲线分散开,采用两个 坐标夹角为135° 的坐标图,以提高读数的准确性。更为了便于读取数据及节省图 的幅面,将斜轴(图中没有将斜轴全部画出)上的数值投影在辅助水平轴上。
等焓线是平行于斜轴的线群,图 5-4 中 I 的读数范围为 0 kJ/kg 绝干气
-680 kJ/kg 绝干气。
3.等干球温度线(等 t 线)群
I = ( 1 . 88 t + 2 490 ) H +
1.01t
(5-15)
在固定的总压下,任意规定温度 t 为某值,式 5-9b 变为 I 与 H 的简单关系
Vw=
LυH
(5-7)
三、比热 CH 定义:将 1kg 干空气和其所带的 H kg 水蒸气的温度升高 1℃所需的热量称比
热。又称湿比热。
CH=Cg+CvH=1.01+1.88H
kJ/kg 绝 干 空
气·℃
(5-8)
式中:Cg——绝干空气比热,其值约为 1.01 kJ/kg 绝干空气·℃
Cv——水蒸汽比热, 其值约为 1.88 kJ/kg 水蒸气·℃
绝热饱和过程又可当作等焓过程处理。 对于空气和水的系统,湿球温度 tw 与绝热饱和温度 tas 在数值上近似相等。 而在绝热条件下,用湿空气干燥湿物料的过程中,气体温度的变化是趋向于绝热 饱和温度 tas 的。如果湿物料足够润湿,则其表面温度也就是湿空气的绝热饱和 温度 tas,亦即湿球温度 tw,而湿球温度是很容易测定的,因此湿空气在等焓过 程中的其它参数的确定就比较容易了。
积流量的换算,要使用湿空气比容υH 进行换算。
定义:每单位质量绝干空气中所具有的空气和水蒸汽的总体积。
υH
=υg
+υwH
= (0.773 + 1.244H ) 273 + t × 101.3×103
273
P
m3湿空气 / kg绝干气 (5-6)
由上式可见,湿比容随其温度和湿度的增加而增大。
绝干空气的质量消耗量 L 与湿空气体积消耗量 Vw 之间的换算如下:
五、干球温度与湿球温度
干球温度:在空气流中放置一支普通温度计,所测得空气的温度为 t,此温
度称为空气的干球温度,是空气的实际温度。
湿球温度:如图所示,用水润湿纱布包裹温度计的感湿球,即成为一湿球温
度计。将它置于一定温度和湿度的流动的空气中,达到稳态时所测得的温度称为
空气的湿球温度,以 tw 表示。
过程分析:当不饱和空气流过湿球表面时,由于湿纱布表面的饱和蒸汽压大
上式说明湿空气的比热是湿度的函数。
四、焓 I
干燥系统中预热器消耗的热量、干燥器补充热量及系统总热量均需通过干燥
器的焓衡算求得。
湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其所带 H kg 水蒸汽的焓之和。
计算基准:为简化计算,规定 0℃时干空气与液态水的焓为零,则:
I = cg t + (r0 + cvt)H = r0 H + (cg + cv H )t = 2490 H + (1.01 + 1.88H )t
于空气中的水蒸汽分压,在湿纱布表面和气体之间存在着湿度差,这一湿度差使
湿纱布表面的水分汽化被气流带走,水分汽化所需潜热,首先取自湿纱布中水的
显热,使其降温,于是在湿纱布表面与气流之间又形成了温度差,这一温度差将
引起空气向湿纱布传递热量。当单位时间由空气向湿纱布传递的热量恰好等于单
位时间自湿纱布表面汽化水分所需的热量时,湿纱布表面就达到一稳态温度,即
出 p = 1603Pa 。
ϕ = p ×100% ps
= 1603 ×100% = 8.05% 19919.34
两种计算方法的结果一致。
(3)比容 vH
vH
= (0.772 + 1.224H ) × ( 273 + t × 101330 )
273
P
= (0.772 + 1.244 × 0.01) ⋅ 273 + 60 × 101330 273 101330
七、 绝热饱和温度 tas
绝热饱和过程中,气、液两相最终达到的平衡温度称为绝热饱和温度。
绝热饱和过程:不饱和气体在与外界绝热的条件下和大量的液体接触,若时
间足够长,使传热、传质趋于平衡,则最终气体被液体蒸汽所饱和,气体与液体 温度相等,此过程称为绝热饱和过程。
图 5.3 表示了在一绝热良好的增湿塔中,湿度 H 和温度 t 的不饱和空气由塔 底引入,水由塔底经循环泵送往塔顶,喷淋而下;与空气成逆流接触,然后回到 塔底再循环使用。在该过程中,水量很大,达到稳定后,全塔的水温相同,设为
图 5-4 是按总压为常压(即 1.013 3 ×105 Pa)制得的,若系统总压偏 离此值较远,则不能应用此图。
湿空气的 H—I 图由以下诸线群组成。
1.等湿度线(等 H 线)群
等湿度线是平行于纵轴的线群,图 5-4 中 H 的读数范围为 0 kg/kg 绝干气
—0.2 kg/kg 绝干气。
2.等焓线(等 I 线)群
的极限温度,其值与水温 t 相同,即为该空气的绝热饱和温度。
此时气体的湿度为 tas 下的饱和湿度 Has。塔内底部的湿度差和温度差最
大,顶部为零。除非进口气体是饱和湿空气,否则,绝热饱和温度总是低于气体
进口温度,即 tas<t 。由于循环水不断汽化至空气中,所以须向塔内补充一部
分温度为 tas 的水。
数。
2.相对湿度 φ 又称相对湿度百分数。即湿空气中水蒸汽分压 p 与同温度下的饱和蒸气压之
比 ps 的百分数,称为相对湿度。 (1)定义式
ϕ = p ×100% ps
(5-4)
相对湿度表明了湿空气的不饱和程度,反映湿空气吸收水汽的能力。
φ=1(或 100%),表示空气已被水蒸汽饱和,不能再吸收水汽,已无干燥能力。
kJ/kg 干 空 气
(5-9)
式中:r0——0℃时水蒸汽汽化潜热,其值为 2490kJ/kg。 [例 5—1] 对常压下温度为 60°C 、湿度为 0.01kg/kg 绝干气的湿空气,求算该
空气的水气分压、相对湿度、比容、比热容和焓。
解:从附录八查出 60°C 纯水的饱和蒸气压 ps = 19919.34Pa 。 (1)水气分压 p ,用式 5-2 计算:
以单位质量的干空气为基准,在稳态下对绝热饱和过程作热量衡算:气体放
出的显热等于液体汽化的潜热,即:
cH (t − tas ) = (H as − H )r
(5-13)

t as
=t− r cH
(H as
− H)
(5-14)
上式表明,空气的绝热饱和温度 tas 是空气湿度 H 和温度 t 的函数,是湿空气 的状态参数,也是湿空气的性质。当 t、tas 已知时,可用上式来确定空气的湿度 H。
一定压力下,将不饱和空气等湿降温至饱和,出现第一滴露珠时的温度为露
点温度 td ,相应的湿度称为露点下的饱和湿度 Hd: H = 0.622 ps,td P − ps,td
(5-11)
式中:ps,td ——为露点 时饱和蒸汽压, 也就是该空气在初始状态下的水蒸汽分 压
pv 。
(5-12)
计算得到 ,查其相对应的饱和温度,即为该湿含量 H 和总压 P 时的露点 。
= 0.957m3湿空气/kg绝干气
(4)比热容 cH cH = 1.01+1.88H = 1.01+1.88× 0.01 = 1.029kJ /(kg绝干气⋅ °C)
(5)焓 I ,用式 I = (1.01 + 1.88H )t + 2490H
= (1.01 + 1.88 × 0.01) × 60 + 2490 × 0.01 = 86.63kJ / kg绝干气
以上介绍了表示湿空气的四种温度:干球温度 t;湿球温度 tw;绝热饱和温 度 tas;露点温度 td。比较之有:
不饱和湿空气:t>tw(tas)>td 饱和湿空气:t=tw(tas)=td
5.1.2 湿空气的 H—I 及其应用 由例 5-2 的计算看出,计算湿空气的某些状态参数时,要用麻烦的试差计
相关文档
最新文档