大学物理化学授课湿空气本科专业.pptx

2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气1 湿空气湿空气干空气和水蒸气的混合物。干空气和水蒸气的混合物。常温常压下，湿空气中水蒸气的分压力很低，可看做理想气体，常温常压下，湿空气中水蒸气的分压力很低，可看做理想气体，因而湿空气可看做理想气体混合物。即有因而湿空气可看做理想气体混合物。即有 未饱和湿空气未饱和湿空气过热水蒸气干空气，如点过热水蒸气干空气，如点A所示。所示。保持保持T=const，mvpv (pvps)水蒸气达到饱和状态。水蒸气达到饱和状态。即水蒸气的含量达到对应温度下的最大值。即水蒸气的含量达到对应温度下的最大值。饱和湿空气饱和湿空气饱和水蒸气干空气，如点饱和水蒸气干空气，如点B所示所示。保持保持pv=const，T，当，当温度降至温度降至pv所对应的饱和温度时，水蒸所对应的饱和温度时，水蒸气达到饱和状态，如点气达到饱和状态，如点C所示。如所示。如继续继续冷却，有露滴出现。冷却，有露滴出现。露点温度（露点）露点温度（露点）pv对应的饱对应的饱和温度，记为和温度，记为ts或或Ts 。露点的测量：露点计露点的测量：露点计 13-1 湿空气的一般概念湿空气的一般概念第第1页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气2 均为描述湿空气中水蒸气含量的参数。均为描述湿空气中水蒸气含量的参数。绝对湿度绝对湿度每立方米湿空气中含有的水蒸气的质量。按理想气每立方米湿空气中含有的水蒸气的质量。按理想气体状态方程式，有体状态方程式，有 相对湿度相对湿度确定温度下，确定温度下，未饱和湿空气的绝对湿度和饱和湿空未饱和湿空气的绝对湿度和饱和湿空气的绝对湿度的比值气的绝对湿度的比值 说明吸收水蒸气的能力。说明吸收水蒸气的能力。吸收水蒸气能力吸收水蒸气能力，当，当 100%(饱和湿空气饱和湿空气)吸收水蒸气能力为零。吸收水蒸气能力为零。由理想气体状态方程，相对湿度可表示为由理想气体状态方程，相对湿度可表示为 相对湿度的测量：毛发湿度计、干湿球温度计相对湿度的测量：毛发湿度计、干湿球温度计13-2 绝对湿度、相对湿度和含湿量绝对湿度、相对湿度和含湿量第第2页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气3 单位质量干空气的湿空气所含有的水蒸气的质量，单位质量干空气的湿空气所含有的水蒸气的质量，单位单位g/kg(干空气干空气)。即。即和和即即将将Rg,a=287.1J/(kgK)及及Rg,v=461.5J/(kg K)代入上式，有代入上式，有因因 ，所以，所以由由 ，可得，可得含湿量含湿量d。第第3页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气4 工程上常用工程上常用焓焓-含湿量图（含湿量图（h-d图）图）分析湿空气状态变化及其水分析湿空气状态变化及其水蒸气含量的变化。蒸气含量的变化。湿空气过程分析是按单位质量干空气所对应的湿空气进行计算。湿空气过程分析是按单位质量干空气所对应的湿空气进行计算。因此，因此，湿空气的焓值湿空气的焓值为为1kg干空气的焓与干空气的焓与dg水蒸气的焓之和，即水蒸气的焓之和，即 式中，式中，h、ha、hv的单位为的单位为kJ/kg(干空气干空气)；d的单位为的单位为g/kg(干空气干空气)。若规定若规定0时干空气的焓及饱和水的焓为零，则有时干空气的焓及饱和水的焓为零，则有 将其代入焓的表达式可得将其代入焓的表达式可得kJ/kg(干空气干空气)13-3 湿空气的焓湿空气的焓-含湿量图含湿量图第第4页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气5 定含湿量线定含湿量线。一组垂直线。一组垂直线。定焓线定焓线。一组与垂直线成。一组与垂直线成135角的直线。角的直线。定定温温线线。当当温温度度为为定定值值时时，焓焓h和和含含湿湿量量d之之间间保保存存线线性性关关系系，故定温线为一组直线，但不同温度的定温线其斜率不同。故定温线为一组直线，但不同温度的定温线其斜率不同。定相对湿度线定相对湿度线。一组曲线。一组曲线。100的曲线为饱和曲线；的曲线为饱和曲线；100的区域为未饱和湿空气区。的区域为未饱和湿空气区。含含湿湿量量与与水水蒸蒸气气分分压压力力换换算算关关系系线线，即即pvf(d)线线。该该线线给给出出了了pv与与d的对应数值。的对应数值。附附录录中中的的焓焓-含含湿湿量量图图是是在在湿湿空空气气压压力力为为0.1MPa的的条条件件下下绘绘制制的的，用用于于压压力力范范围围为为（0.10.025）MPa的的湿湿空空气气分分析析时时，所所得得结结果的误差小于果的误差小于2。焓焓-含湿量图的应用：含湿量图的应用：确定湿空气的状确定湿空气的状态；态；表示和分析湿空气的变化过程。表示和分析湿空气的变化过程。焓焓-含湿量图含湿量图上的图线：上的图线：第第5页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气6 湿空气热力过程的分析，主要讨论湿空气的状态变化及其与外湿空气热力过程的分析，主要讨论湿空气的状态变化及其与外界的能量交换情况。界的能量交换情况。一、一、加热过程加热过程 加热过程一般在定压条件下完成。加热过程一般在定压条件下完成。特征：湿空气特征：湿空气T，d=const。过程沿定含湿量线向温度升高方向进行，过过程沿定含湿量线向温度升高方向进行，过程中，程中，h，。加热过程中，吸热量等于焓值的增加，即加热过程中，吸热量等于焓值的增加，即 13-4 湿空气的热力过程湿空气的热力过程第第6页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气7 未饱和湿空气和饱和湿空气的冷却过程具有不同的特点。未饱和湿空气和饱和湿空气的冷却过程具有不同的特点。未未饱和湿空气饱和湿空气的的冷却过程冷却过程：湿空气：湿空气T，d=const。过程沿定含湿。过程沿定含湿量线向温度降低的方向进行，过程中，量线向温度降低的方向进行，过程中，h，。二、冷却及冷却去湿过程二、冷却及冷却去湿过程 未饱和湿空气冷却过程中，冷却水带走的热未饱和湿空气冷却过程中，冷却水带走的热量等于湿空气的焓降，即量等于湿空气的焓降，即 如如将将湿湿空空气气继继续续冷冷却却至至3点点，温温度度降降至至其其露露点点温度，达到饱和状态。温度，达到饱和状态。第第7页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气8 当湿空气温度降至其露点温度，达到饱和状态当湿空气温度降至其露点温度，达到饱和状态后再进一步冷却，就有水蒸气不断凝结析出，湿空后再进一步冷却，就有水蒸气不断凝结析出，湿空气的含湿量随之降低，即气的含湿量随之降低，即饱和湿空气的冷却过程饱和湿空气的冷却过程伴伴随着去湿作用，故常被称为随着去湿作用，故常被称为冷却去湿过程冷却去湿过程。在焓在焓-含湿量图上，湿空气的冷却去湿过程沿含湿量图上，湿空气的冷却去湿过程沿 100的相的相对湿度线向含湿量减小的方向进行。对湿度线向含湿量减小的方向进行。过程中，湿空气过程中，湿空气T，h，d。如冷却去湿过程中，含单位质量干空气的湿空气析出的水分为如冷却去湿过程中，含单位质量干空气的湿空气析出的水分为d3-d4。由第一定律知，过程中湿空气的焓降应等于冷却介质带走的。由第一定律知，过程中湿空气的焓降应等于冷却介质带走的热量与凝结水带走的能量之和，即热量与凝结水带走的能量之和，即式中：式中：q为冷却介质带走的热量；为冷却介质带走的热量；hv为凝结水的比焓。为凝结水的比焓。冷却去湿过程冷却去湿过程第第8页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气9三、绝热加湿过程三、绝热加湿过程 湿湿空空气气绝绝热热加加湿湿过过程程绝绝热热条条件件下下，湿湿空气吸收水分，其含湿量增加的过程。空气吸收水分，其含湿量增加的过程。绝绝热热加加湿湿过过程程中中，单单位位质质量量干干空空气气的的湿湿空空气气吸吸收收的的水水分分为为d2d1，湿湿空空气气的的焓焓增增为为水水分带入的能量，即分带入的能量，即式式中中：hv为为水水的的焓焓。因因为为水水分分带带入入湿湿空空气气中中的的能能量量0.001(d2d1)hv与与湿空气的焓湿空气的焓h1、h2相比很小，可忽略不计，即相比很小，可忽略不计，即 绝热加湿过程中，水分蒸发生成水蒸气需从空气中吸收汽化潜绝热加湿过程中，水分蒸发生成水蒸气需从空气中吸收汽化潜热，使得湿空气的温度降低，所以该过程也称为热，使得湿空气的温度降低，所以该过程也称为蒸发冷却过程蒸发冷却过程。第第9页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气10四、绝热混合过程四、绝热混合过程 将状态不同的湿空气气流混合，可得到满足温度及湿度要求的湿将状态不同的湿空气气流混合，可得到满足温度及湿度要求的湿空气。空气。气流绝热混合所得到的湿空气的状态，取决于混合前湿空气各气流绝热混合所得到的湿空气的状态，取决于混合前湿空气各气流的流量及状态。气流的流量及状态。设混合前湿空气各气流的流量、含湿量及比焓分别为设混合前湿空气各气流的流量、含湿量及比焓分别为qm1，qm2 ，qmn、d1，d2，dn 和和h1，h2，hn，混合后湿空气的流混合后湿空气的流量、含湿量及比焓为量、含湿量及比焓为qm、d及及h，则根据质量守恒定律，有，则根据质量守恒定律，有根据热力学第一定律，有根据热力学第一定律，有根根据据混混合合前前湿湿空空气气各各气气流流的的流流量量和和状状态态，即即可可按按以以上上三三式式确确定定绝绝热热混合后湿空气的流量和状态。混合后湿空气的流量和状态。第第10页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气11湿空气混合状态点的线图表示湿空气混合状态点的线图表示 对常见的两股湿空气混合过程，由以上三式整理可得对常见的两股湿空气混合过程，由以上三式整理可得该式可用来在线段该式可用来在线段1-2上确定混合状态点的位置。上确定混合状态点的位置。及及 由式由式 可见，线段可见，线段1-0与线段与线段0-2的长度比和干的长度比和干空气质量空气质量qm,a2与与qm,a1之比相等，即之比相等，即*式中左边为点式中左边为点2至混合状态点至混合状态点0直线的斜率，右边为点直线的斜率，右边为点1至混合状态至混合状态点点0直线的斜率。二者相等，并有共同的混合状态点，说明混合状直线的斜率。二者相等，并有共同的混合状态点，说明混合状态点态点0必定在连接状态点必定在连接状态点1与与2的直线上。的直线上。第第11页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气12五、冷却塔中的热湿交换过程五、冷却塔中的热湿交换过程 冷却塔中的热湿交换主要依赖蒸发冷却，而且无论水温高于还冷却塔中的热湿交换主要依赖蒸发冷却，而且无论水温高于还是稍低于空气温度，热湿交换的是稍低于空气温度，热湿交换的最终结果最终结果总是热量由水传给空气，总是热量由水传给空气，使水温下降。极限情况下水温可降低到冷却塔空气进口初状态下的使水温下降。极限情况下水温可降低到冷却塔空气进口初状态下的湿球温度。湿球温度。蒸发冷却过程蒸发冷却过程未饱和湿空气与水接触时，水从湿空气中吸收未饱和湿空气与水接触时，水从湿空气中吸收热量蒸发，使水和湿空气的温度降低的过程。热量蒸发，使水和湿空气的温度降低的过程。湿空气的干、湿球温差越大，蒸发冷却的效果就越好。湿空气的干、湿球温差越大，蒸发冷却的效果就越好。冷冷却塔中，热水由顶部向下淋洒，空气由底却塔中，热水由顶部向下淋洒，空气由底部向上流动，二者相互接触并进行热湿交换。过部向上流动，二者相互接触并进行热湿交换。过程中部分热水蒸发使自身温度降低，变为冷水后程中部分热水蒸发使自身温度降低，变为冷水后流入底部的水池。热湿交换进行得越充分，离开流入底部的水池。热湿交换进行得越充分，离开冷却塔的湿空气就越接近饱和状态。冷却塔的湿空气就越接近饱和状态。第第12页页/共共13页页2024年年9月月14日日第十三章第十三章 湿空气湿空气13冷却塔通风量和冷却水补充水量的计算冷却塔通风量和冷却水补充水量的计算 忽略冷却塔散热与工质动能和位能变化，由忽略冷却塔散热与工质动能和位能变化，由进出冷却塔湿空气的比焓和含湿量、湿空气中干进出冷却塔湿空气的比焓和含湿量、湿空气中干空气流量，以及进出冷却塔的水流量和比焓，可空气流量，以及进出冷却塔的水流量和比焓，可写出冷却塔热湿交换过程的能量平衡方程：写出冷却塔热湿交换过程的能量平衡方程：可见，如已知进入冷却塔的湿空气状态可见，如已知进入冷却塔的湿空气状态l，在湿空气出口状态、，在湿空气出口状态、进出冷却塔的水温确定的条件下，由式进出冷却塔的水温确定的条件下，由式*和和*可确定冷却塔所需通可确定冷却塔所需通风量及补充冷却水量。风量及补充冷却水量。质量平衡方程：质量平衡方程：结合上面二式可得结合上面二式可得 第第13页页/共共13页页