8.2 湿空气的性质与湿度图

（8-5）
当湿空气可视为理想气体时，则有：
nv pv pv ng pg P pv
式中：
（8-5）
pv——空气中水蒸汽分压力；
pg——干空气分压力；
18.02nv pv H 0.622 28.95ng P pv
即：
（8-6）
H f ( P，pv )
H f ( pv )
湿空气的焓值只与湿空气的湿度及温度有关。
即：
t I H
五、湿空气比容VH 定义：每单位质量绝干空气与所具有的HKg湿空气 （绝干空气和水蒸汽）的总体积。
VH Vg Vw H
ຫໍສະໝຸດ Baidu式中：
（8-16）
VH——压力P 、温度t下湿空气比容。 [m3湿气/kg干气]
Vg——压力P 、温度t下干空气比容。 [m3干气/kg干气]
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。
4、计算式：
以单位质量的干空气为基准，在稳态下 对全塔作热量衡算，气体放出的显热=液体汽 化的潜热，即：
t w f (t，H )
（8-30）
当温度t和湿度H一定时，湿球温度tw为定值。
7、讨论：
1）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。 2）在实际生产中，常常利用干、湿球温度计来 测量空气的湿度。 3）tw ＜t，H增加， tw 接近t ；当φ=1时， tw =t 。 4）通过测定tw 和t，可测定气体湿度H； 5）表面充分润湿的物料与湿空气接触时，物料 表面温度为湿球温度tw
Cv——水蒸汽比热, 其值约为1.88 kJ/kg干空气· ℃
四、焓I： 湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其 所带Hkg水蒸汽的焓之和。 计算基准：0℃时干空气与液态水的焓等于零。
I I g Iv H cg t (r0 cvt ) H r0 H (cg cv H ) t 2492 H (1.01 1.88 H ) t 2492 H cH t
（8-9）
ps——同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压，N/m2
注：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数。
二、相对湿度 定义： 在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pv 与同温度下水的饱和蒸汽压ps之比的百分数。 1、定义式：
pv 100% ps
即：
( ps P)
（8-26）
在稳定状态下，传热速率与传质速率之间 关系为 ：
Q N rw
（8-27）
A(t t w ) k H A( H w H ) rw
（8-28）
tw t
k H rw

H w H
（8-29）
—— 湿球温度 tw 定义式 式中： H——空气的湿度，kg水/kg干气； Hw——湿空气在温度为tw下的饱和湿度， kg水/kg干气； rw——湿球温度tw下水的汽化热，kJ/kg； kH——以湿度差为推动力的对流传质系数， kg/（m2s△H)； α——空气至湿纱布的对流传热系数，W/m2 •℃；
8.2
湿空气的性质与湿度图
8.2.1 湿空气的性质
8.2.2 空气的湿度图及其应用
8.1.1
湿空气的性质
湿空气：含有湿分的空气。 基准：干燥过程中，绝干空气的质量不变。 干燥计算以单位质量绝干空气为基准。 表征空气中所含水分的大小通常用两个 参数： 湿度H
相对湿度φ
一、湿度（湿含量）H
定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气 质量之比。 湿空气是由水蒸汽和绝干空气构成。 系统总压 P ：
八、湿球温度 tw
1、湿球温度计： 温度计的感温球用纱布包裹，纱布 保持湿润，这支温度计为湿球温度计。 2、湿球温度： 用水
湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定
的温度，以tw表示。 不饱和空气的湿球温度 tw低于干球温度 t 。
图8-3 干湿球温度计
3、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，首先取自湿纱布的显热， 使其表面降温，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。 空气以对流方式传给水的热量速率 =水分汽化所需的热量
5、特别说明：
绝热饱和过程又可当作等焓过程处理。
在绝热条件下，空气放出的显热全部变为 水分汽化的潜热返回空气中，对于1kg空气来 说，水分汽化的量等于其湿度差（Has－H）， 由于这些水分汽化时，除潜热外，还将温度为 tas的显热也带至气体中。 所以，绝热饱和过程终了时，气体的焓比 原来增加了4.187tas（Has－H）。 但此值和空气的焓相比很小，可忽略不计， 故绝热饱和过程又可当作等过焓程处理。
（8-4）
式中： Ma——干空气的摩尔质量，kg/kmol； Mv——水蒸气的摩尔质量，kg/kmol； na——湿空气中干空气的千摩尔数，kmol； nv——湿空气中水蒸汽的千摩尔数，kmol。
2、以分压比表示
pv H 0.622 P pv
式中： pv——水蒸汽分压，N/m2 P——湿空气总压，N/m2
3、H、φ、t 之间的函数关系：
ps H 0.622 p ps
H f (，t )
（8-12）
（8-13）
可见，对水蒸汽分压相同，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。
湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而 相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。
P 湿空气的总压（kN/m2 ），即 P 干空气 与 P 水
之和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。
P pv pg
（8-1）
pv p y
（8-2）
p H 2O p干空气
1、定义式

n H 2O n干空气
（8-3）
M v nv 18nv nv H 0.622 , kg / kg干空气 M a na 29 na na
kg 湿气 1 H 3 m 湿气 VH
（8-21）
六、露点 td
1、定义：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。 湿度H与露点 td 的关系：
pd H H S 0.622 P pd
式中： Hs——为露点td时水的饱和湿度；
（8-22）
Pd——为露点td时水的饱和蒸汽压, 也就是该 空气在初始状态下的水蒸汽分压pv ， pv = pd 2、计算td：
4、计算式：
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，即湿 球温度。 当湿球温度计上温度达到稳定时，空气向 棉布表面的传热速率为：
Q A(t t w )
（8-25）
气膜中水汽向空气的传递速率为 ：
N k H A( H w H )
Vw——压力P 、温度t下水汽比容。 [m3水/kg水] 其中：
22.41 273 t 1.013 105 Vg 29 273 P 273 t 1.013 105 0.773 273 P
（8-17）
22.41 H 273 t 1.013 105 Vw 18 273 P 5 273 t 1.013 10 1.244 H 273 P
8.5
图8.5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。
（8-15）
式中：
I——温度为t、湿度为H的湿空气的焓值。 [kJ/kg 干气]； Ig——干空气的焓值。 [kJ/kg干气]； Iv——水汽的焓值。 [kJ/kg水汽]； r0——0℃时水的汽化潜热，其值为2492kJ/kg。
讨论：
I f t , H
1×t×cg ：t℃绝干空气的焓； Hr0+cHt：0℃水变成0℃汽再变成t℃汽的焓； 因此，对于温度为t、湿度为H 的湿空气，其 焓值包括由0℃的水变为0℃水汽所需的潜热及湿 空气由0℃生温至t℃所需的显热之和。
HP pd 0.622 H
（8-23）
计算得到Pd ，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td。
3、同样地，由露点td和总压P可确定湿含量H。
pd H 0.622 P pd
七、干球温度t
（8-24）
定义：在空气流中放置一支普通温度计，所测得 空气的温度为t，相对于湿球温度而言，此 温度称为空气的干球温度。
所以：
（8-18）
VH Vg Vw H 273 t 101.3 103 (0.773 1.244H ) 273 P m3 / kg 干气
（8-19）
当总压力P为一定值时，
VH f (t，H )
t VH H
（8-20）
湿比容随其温度和湿度的增加而增大。 另外：湿空气密度
九、绝热饱和温度tas 1、定义：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。 2、绝热饱和过程： 不饱和空气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，则最终空气被液体蒸汽所饱和，空气 与液体温度相等，此过程称为绝热饱和过程。
3、绝热饱和过程说明：
图8-4 湿球温度计工作原理
5、影响湿球温度tw的三方面因素：
1）物系性质：与α 、 kH有关的物性； 2）空气状态：t、H； 3）流动条件： α/kH ；
6、实验表明：
当流速足够大时，热、质传递均以对流为 主，且kH及α都与空气速度的0.8次幂成正比， 比值α/kH近似为一常数（对水蒸汽与空气的系 统，α/kH=0.96～1.005）。此时，湿球温度tw为 湿空气温度t和湿度H的函数。
（8-10）
f ( pv，t )
（8-11）
2、意义： 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。 当φ=1（或100%）， pv = ps： 表示空气已被水蒸汽饱和，不能再吸收水汽， 已无干燥能力。不可作为干燥介质；
当 φ <1时，pv< ps： 湿空气未达饱和，能够再吸收水汽，可作 为干燥介质。 φ愈小，即Pv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。
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 体在绝热增湿过程的极限温度，其值与水温 tas相同，即为该空气的绝热饱和温度。
（8-7）
当P为一定值时，
（8-8）
湿度H与总压力P及水汽分压力pv有关。 pv 增大或P减小，则H增大。
3、饱和湿度Hs： 当湿空气中水蒸汽分压 pv 恰好等于同温度 下水蒸汽的饱和蒸汽压 ps时，则表明湿空气达 到饱和，此时的湿度H为饱和湿度Hs。
ps H S 0.622 p ps
式中：
三、湿比热cH： 定义：
在常压下，将1kg干空气和其所带的Hkg水 蒸气的温度升高1℃所需的热量。简称湿热。
cH cg cV H 1.01 1.88H KJ / Kg干空气 C
（8-14）
cH f ( H )
式中： Cg——干空气比热，其值约为1.01 kJ/kg干空气· ℃
cH (t tas ) ( H as H )ras
或
（8-31）
t as t
ras cH
( H as H )
（8-32）
式中：
ras ——tas温度下水的汽化潜热，kJ/kg水； Has——空气的绝热饱和湿度，kg水/kg干气； cH ——湿空气的比热， kJ/kg干气• ℃ 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。