综合项目工程热力学湿空气.doc

第8章 湿 空 气
本章基本规定
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定义式及物理意义。
纯熟使用湿空气焓湿图。
掌握湿空气基本热力过程计算和分析。

8.1 湿空气性质
一、湿空气成分及压力
湿空气=干空气+水蒸汽

二、饱和空气与未饱和空气
未饱和空气=干空气+过热水蒸汽 饱和空气=干空气+饱和水蒸汽
注意：由未饱和空气到饱和空气途径：
1． 等压降温
2． 等温加压
露点温度：维持水蒸汽含量不变，冷却使未饱和湿空气温度降至水蒸汽饱和状态，所相应温度。

三、湿空气分子量及气体常数

结论：湿空气气体常数随水蒸汽分压力提高而增大

四、绝对湿度和相对湿度
绝对湿度：每立方米湿空气中所含水蒸汽质量。
相对湿度：湿空气绝对湿度与同温度下饱和空气饱和绝对湿度比值，

相对湿度反映湿空气中水蒸气含量接近饱和限度。
思考：在某温度t下，值小，表达空气如何，吸湿能力如何；
值大，示空气如何，吸湿能力如何。
相对湿度范畴：0<<1。
应用抱负气体状态方程 ，相对湿度又可表达为

五、含温量(比湿度)
由于湿空气中只有干空气质量不会随湿空气温度和湿度而变化。定义：
含湿量(或称比湿度)：在具有1kg干空气湿空气中，所混有水蒸气质量称为湿空气)。
g/kg(a)
六、焓
定义：1kg干空气焓和0.001dkg水蒸汽焓总和

代入： g/kg(a)
七、湿球温度
用湿纱布包裹温度计水银头部，由于空气是未饱和空气，湿球纱布上水分将蒸发，水分蒸发所需热量来自两某些：
1． 减少湿布上水分自身温度而放出热量。
2． 由于空气温度t高于湿纱布表面温度，通过对流换热空气将热量传给湿球。

当达到热湿平衡时,湿纱布上水分蒸发热量所有来自空气对流换热,纱布上水分温度不再减少，此时湿球温度计读数就是湿球温度。

湿球加湿过程中热平衡关系式：

由于湿纱布上水分蒸发数量只有几克，而湿球温度计读数又较低，在普通通风空调工程中可以忽视不计。
因而

结论：通过湿球湿空气在加湿过程中，湿空气是一种等焓过程。

8．2 湿空气焓湿图

一、定焓线与定含湿量线
二、定干球温度线
三、定相对湿度线
四、水蒸汽分压力线

五、热湿比
湿空气在热湿解决过程中，由初态点1变化到终态点2。
若在过程1-2中，在h-d图上热、湿互换过程1-2将是连接初态点1与终态点2一条直线，这一条直线具备一定斜率，称为热湿比。

表白：湿空气在热、湿互换过程1-2方向与特点
热湿比ε在h-d图上反映了过程线1-2倾斜度，也称角系数。

8．3 湿空气基本热力过程

一、 加热过程
是干燥工程中不可缺少构成过程之一。

状态参数：
kJ /kg(a)
二、 冷却过程

（负值） kJ /kg(a)
若 等含湿量冷却

三、 绝热加湿过程

每kg干空气吸取水蒸汽： g /kg(a)
四、 定温加湿过程

kJ /kg(a)
五、湿空气混合
混合后状态点：

六、湿空气蒸发冷却过程

例1：如果室外空气参数为p=1.0133bar，t=30℃,=0.90，现欲经空气调节设备供应=20℃，=0.60湿空气，试用h-d图分析该空气调节过程，并计算析出水分及各过程中热量。
解：运用h-d图分析计算该题所给条件下空调过程，如图8.1，依照所给条件t=30℃,=0.90，在h-d图上拟定初态1,并查得=62.2kJ/k(a)，=15.7g/kg(a)
同样,由=20℃，=0.60在图上拟定终态2,并查得
=34.1kJ/k(a)，=15.7g/kg(a)，由定线与=1线交点4,查得
=26.4kJ/kg(a)，=
空调过程分析：
定湿冷却过程：湿空气冷却过程，因其构成成分不变，即含湿量不变,但相对湿度增长,温度下降,直降到露点。因此,是定湿降温过程。例如,在h-d图上自初态1沿=15.7g/kg(a)定湿线进行到与=1线交点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过程放热量，可用焓差表达,即
q==26.4-62.2=-35.8kJ/kg(a)
式中负号表达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水分等于湿空气含湿量减少量,即
=7.1-15.7=-8.6g/kg(a)
式中负号表达湿空气析出水分。

加热过程：为了达到工程所规定湿度，常采用降温去湿,但往往使温度过低(如4点，为了保证空调后气体温度(本题规定20℃)，去湿后，经常需要加热升温。是自状态4沿定线进行到终点2,温度升高，含湿量不变，相对湿度下降，这是定湿加热过程。加热过程吸热量也可以用焓差表达,即
=34.1-26.4=7.7kJ/kg(a)

例2：已知干湿球湿度计读数为：干球温度t1=28℃，湿球温度t2=19℃，当时大气压力为p1=1bar，用查湿空气图求出含湿量、露点、相对湿度和焓值。
解：查湿空气h-d图，当干球温度t1=28℃、湿球温度t2=19℃时，湿空气含湿量为d1=0.0105kg/（kg/kg(a)），露点td=14.6℃，相对温度j=44%，湿空气焓h=55（kg/kg(a)）。如与计算值相比，由图上查得数值误差不大，可以看出湿空气图应用起来简朴以便，很有实用价值。

例3：夏天，大气压力p=1.0133bar，室外空气t1=34℃，j1=80%。空调装置向室内供应t3=20℃，j3=50%调节空气，空气供应量mA=50kg/min。如果空调过程，先将空气冷却去湿，然后再加热至规定状态。试计算：（1）每分钟空气需要除去水分；（2）每分钟冷却介质应带走热量；（3）加热器加入热量。
解：按给定参数和过程在h—d图上查出状态点1、2、3关于参数，依照t1、j1查得 d1=0.0274kg/(kg干空气) h1=105kJ/(kg干空气)
依照t3、j3查得 d3=0.0073kg/(kg干空气) h3=38kJ/(kg干空气)
冷却去湿过程达到状态为d2=d3=0.0073kg/(kg干空气)饱和空气状态，照此查得
h2=105kg/(kg干空气) t2=9℃
（1）空气中需要除去水分为

（2）冷却介质带走热量为
其中凝结水焓为
故有
（3）加热器加入热量为

例4：空气温度t=12℃，压力p=760mmHg，相对湿度j=25%，在进入空调房间前，规定解决到d2=5g/kg干空气，进入空气解决室空气流量为120m3/min。假定空气解决室所用喷雾水水温为tw=12℃。若是分别按下列三种过程进行：
（1）等干球温度解决；（2）等相对湿度解决；（3）绝热加湿解决。求进入房间空气相对湿度、温度、解决每公斤干空由加热器传热热量。
解：（1）等干球温度解决过程
向空气中喷入水，使湿空气含湿量增长，但由于水在蒸发时要吸热，因此空气干球温度必然要下降（由于将空气显热变成了汽化潜热）。因而要维持空气干球温度不变，在喷雾和加湿同步，还必要用加热盘管向空气供应足够热量，以维持解决先后空气干球温度不变。
若喷入空气中水所有被空气吸取，则依照稳定流动能量方程，由盘管供应空气热量应为：
由质量平衡
依照t1=12℃，j1=25%，从h－d图上查得空气初参数分别为：
d1=2.1g/kg干空气，h1=18.5kJ/kg干空气，v1=0.82m3/kg
空气解决室出口参数为：
d2=5g/kg干空气，tdrv2=12℃，j2=57%，h2=18.5kJ/kg干空气
流入空气流量为120m3/min，比容v1=0.82m3/kg。
∴

从质量平衡关系式求得：

∴加热盘管供热量为：

（2）等相对湿度解决过程
由于规定出口含湿量d2=5g/kg干空气，因此依照j1=j2=25%及d2=5g/kg干空气，由h-d图上查得其他各参数分别为：
=25.5℃，h2=38.1kJ/kg干空气
入口空气量仍为120m3/min
∴ ma=146.03kg/min，mw=0.423kg/min，
h2=50.4kJ/kg
加热盘管加热量为：

（3）绝热加湿过程
绝热加湿过程传给空气热量为零，因此空气焓保持不变，即h1=h2。由于规定d2=5g/ kg/kg(a)从h-d图上查得别的各参数为：
=5℃，j2=93% 过程中加热量：Q=0

本章难点
湿空气是一种抱负混合气体，遵循抱负混合气体性质，但它与普通抱负混合气体又有重要区别，由于湿空气中水蒸汽分压力达到饱和压力时将引起某些水蒸汽冷凝，湿空气中水蒸汽含量将随之变化，因而要注意湿空气特殊性质：
(1) 结露和露点：湿空气在定压下降温到与水蒸汽分压力相相应饱和温度时，所浮现冷凝现象称为结露，其温度为露点，即水蒸汽分压力相相应饱和温度为露点温度。
(2) 饱和湿空气和未饱和湿空气：根据其湿空气中水蒸汽与否达到饱和状态，可划分这两类湿空气。
(3) 湿空气干球温度和湿球温度：湿空气温度称为干球温度，用湿纱布包住水银温度计水银柱球部时，紧贴湿球表面饱和湿空气温度称为湿球温度。普通湿球温度低于干球温度，高于露点温度。

思考题
1．有人说，相对温度表达湿空气吸取水蒸气能力，因此相对湿度相似时在不同温度下湿空气能力是相似，这种说 法与否对的？阐明理由。
2．湿空气露点能否等于湿球温度？能否不不大于湿球温度？
3．湿空气和湿蒸气有什么不同？饱和湿空气和饱和蒸气有什么不同？
4．为什么说未饱和空气中水蒸气处在过热状态？
5．在高温下湿空气中水蒸气分压力pw不不大于大气压力时，相对湿度计算公式j=pw/ps与否还合用？
6．用什么办法可使未饱和空气变为饱和空气？如果把20℃时饱和空气在定压下加热到30℃，它与否还是饱和空气？
7．为什么说热力学湿球温度是湿空气状态参数，而湿球温度计测得温度值不是湿空气状态参数？
8．冬天刮风阴天，气温为零上2℃，相对湿度为50%，在室外晾晒湿衣服会浮现什么现象？为什么？
9．在冷水塔中能把热水冷却到比大气温度还低，与否违背热力学第二定律？

作业：8-2、8-5、8-8、8-9、8-10、8-11、8-13

热平衡方程解决但需要指定50度热水加热后回水温度是多少？这里假定回水温度为45度。
200方空气升温13度需用热量计算：空气比热cp=1.003kJ/(kg*K)（与初始温度关于，但粗略计算定为常数），空气密度1.2kg/立方米（与温度关于，但粗略计算定为常数），1方=1立方米
Q空气=200立方*1.2kg/立方米*1.003kJ/(kg*K)*13k=3129.36kj
水比热=4.2kj/(kg*K)
Q水=x公斤*4.2kj/(kg*K)*（50-45）k=21x
3219.36kj=21x 解得x=153.3kg
提示：此时空气升温终了时温度最高不会超过50度
13000×1.2×1.003×A=3562×3600 A=13.66

焓值定义与计算公式 

空气中焓值是指空气中具有总热量，普通以干空气单位质量为基准，称作比焓。工程中简称为焓，是指一公斤干空气焓和与它相相应水蒸气焓总和。 
在工程上，咱们可以依照一定质量空气在解决过程中比焓变化，来鉴定空气是得到热量还是失去了热量。 
空气比焓增长表达空气中得到热量；空气比焓减小表达空气中失去了热量。 
在计算气流通过换热器换热量时候，气流一侧换热量计算通过焓差计算相称简便：Q= M*(H_out-H_in)  
Q是换热量 M是气流质量流量 H为气流比焓值。 
其实这不只针对气流，对于气液两相制冷剂流动，也是同样计算办法。  
空气焓值定义及空气焓值计算公式 
空气焓值是指空气所具有总热量，普通以干空气单位质量为基准。 焓用符号i表达，单位是kj/kg干空气。 
湿空气焓值等于1kg干空气焓值与d kg水蒸气焓值之和。    湿空气焓值计算公式化：    
i=1.01t+(2500+1.84t)d = （1.01+1.84d）t+2500 d   （kj/kg干空气） 式中：  

t—空气温度℃    
d —空气含湿量 g/kg干空气    
1.01— 干空气平均定压比热 kj/(kg.K)    1.84— 水蒸气平均定压比热kj/(kg.K)    2500— 0℃时水汽化潜热 kj/kg    由上式可以看出： 
（1.01+1.84d）t是随温度变化热量，即“显热”； 
而2500d 则是0℃时d kg水汽化潜热，它仅随含湿量而变化，与温度无关，即是“潜热”。    
上式经惯用来计算冷干机热负荷。  

i=1.01t+(2500+1.84t)d 或i=(1.01+1.84d)t+2500d  （kj/kg干空气）   式中： t—空气温度℃ d —空气含湿量 g/kg干空气 1.01 —干空气平均定压比热 kj/(kg.K) 1.84 —水蒸气平均定压比热kj/(kg.K) 2500 —0℃时水汽化潜热 kj/kg 由上式可以看出：（1.01+1.84d）t是随温度变化热量，即“显热”；而2500d 则是0℃时dkg水汽化潜热，它仅随含湿量而变化，与温度无关，即是“潜热”。 上式经惯用来计算空气后得理设备中冷干机热负荷