工程热力学与传热学12)-湿空气.ppt

第,十,二,章,湿空气,湿空气是什么意思？,含有“水蒸气”的空气，称为“湿空气”,完全不含水蒸气的空气，称为“干空气”,（是否真实存在？沙漠）,一般情况，大气中水蒸气的含量小、变化小，可以近似看作为“干空气”。,第一节,概 述,湿空气,湿空,气是,干空气,与,水蒸气,的混合物。湿空气中水蒸气往往处于过热状态。,此时，湿空气中的水蒸气含量的多少就具有特殊意义了。,与湿空气有关的常见工业过程,空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、冷却水塔中的水冷却过程等。,分析湿空气时的假定：,可将气相混合物视为理想气体混合物；,当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或固相中不包含溶解的空气；,空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之间的相平衡。,未饱和空气,，,饱和空气,未饱和空气，指所含的水蒸气处于过热状态；饱和空气则指其中,水蒸气处于饱和,。,由理想气体分压力定律,1801，道尔顿定律,湿空气总压力,干空气分压力,水蒸气分压力,如果是环境大气，则为大气压p,b,下标约定：,a,干,空气的参数,v,水,蒸气的参数,s,饱和水蒸气,参数,无下标,含湿空气（即湿空气）参数,第二节,湿空气及其状态参数,一、,绝对湿度,，饱和空气,绝对湿度,：,单位容积,(1m,3,),湿空气中包含的水蒸气质量,(kg),，亦即水蒸气的密度,在一定温度下：,湿空气中水蒸气的分压力愈大，其绝对湿度愈大；,湿空气中水蒸气的分压力,不可能超过,该温度下水蒸气的饱和压力,水蒸气,达到饱和时,，湿空气具有该温度下的最大绝对湿度，这时的空气称为,饱和空气,。,湿空气未达到饱和时，其中水蒸气的分压力总小于饱和压力，水蒸气处于,过热状态,，,这时湿空气为,未饱和空气,。,水蒸气的分压力,水蒸气饱和压力,二、,相对湿度,湿空气,的绝对湿度与,同温度,下,饱和空气,的,分压力之比,称为,相对湿度,或表示为,的变化范围为,01（0%100%，,对于饱和空气，其相对湿度为1或,100%）,相对湿度,愈小，表明什么？,相对湿度,愈小，表示空气中水蒸气离饱和状态越远，即越干燥，此时空气吸收水分的能力越强；反之空气愈潮湿，吸湿能力越弱。,根据水蒸气的理想,气体状态方程：,和湿空气中水蒸气组元的状态方程：,以及理想气体摩尔,成分x,v,与分压力p,v,的关系，相对湿度可以表示为：,三、饱和蒸汽压、露点、绝热饱和温度,未饱和,湿,空气达到饱和有三种典型的途径：,1、,温度不变,的情况下，水分向空气中蒸发，蒸汽的分压力增加，可以达到饱和空气状态，,如图中定温过程AC,。达到饱和时，蒸汽分压力就是对应此空气温度的,饱和蒸汽压力,p,s,。,等温,2、保持湿空气中,蒸汽分压力,不变，降低湿空气温度，也可以达到饱和，,如图AB,。B点的温度为对应于,p,v,的饱和温度，称为,露点温度,（,简称露点,）,，用,t,d,表示。,生活中的实例比比皆是,等压,3、在,绝热条件,下向湿空气加入水分，尽其蒸发，也可使空气达到饱和，,如图AG,。G点为绝热饱和状态，相应的温度为,绝热饱和温度,，用,T,w,表示。,绝热,四、湿空气的,含湿量,d,定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“,含湿量,”,干空气的摩尔质量=28.9710,3,kg/mol,水蒸气的摩尔质量=18.01610,3,kg/mol,由分压力定律可知：理想气体混合物中各组元的摩尔数之比，等于其分压力之比,四、湿空气的,含湿量,d,定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“,含湿量,”,干空气的摩尔质量=28.9710,3,kg/mol,水蒸气的摩尔质量=18.01610,3,kg/mol,由分压力定律可知：理想气体混合物中各组元的摩尔数之比，等于其分压力之比,五、湿空气的焓,考虑到湿空气中水蒸气的质量常变，而干空气的质量相对稳定，所以,湿空气的比焓,是也相对于单位质量干空气而言的：,经验公式：,第三节,相对湿度测定,如果湿空气未饱和，则湿纱布中的水分吸热、汽化，向空气扩散，同时空气也向湿纱布传热，达到热平衡。,湿空气的含湿量d越小，汽化越快，吸热越多，湿球温度越低，干湿球温度计的温差越大。,测量湿空气真实温度,在温度计读出干/湿球温度计的温差后，就可由表格查到对应的相对湿度值。,第四节,湿空气的焓,-,湿图,一、湿空气的焓,-,湿图（,h-d,图）,h-d,图由下列五种线群组成：,100%饱和空气曲线把,h-d,图分成两部分，曲线以上为未饱和湿空气，曲线以下无实际意义。,湿空气,1、等,d,线是一组平行于纵坐标的直线群。,2、等焓线（等,h,线）,等,h,线是一组与横坐标轴成135的直线群。,等,h,线亦可看成为定湿球温度线（,t,w,）,湿空气,3、等温线（等,t,线）,可见在,h-d,图上，定,t,线的斜率为正，且随,t,增大斜率增大。,湿空气,4、等相对湿度线（等,）,定,线是一组向上凸的曲线群。,露点,t,d,是湿空气冷却到,100%时的温度。因此含湿量,d,相同，状态不同的湿空气具有相同的露点。,湿空气,5、水蒸气分压力线,湿空气,二、,h-d,图的应用,根据2个独立的湿空气参数，可在图上确定其它剩余的湿空气参数：,第五节,湿空气过程及其应用,一、等湿度加热（或冷却）过程,加热：12,冷却：12（tt,d,）,特征：,冷却至凝结，t=t,d,（与100%线相交），出现水滴,二、绝热加湿过程,喷水加湿12,绝热加湿，增加含湿量，水分蒸发。因与外界绝热，只能由自身热量供给，故温度降低。,小而不计,小而不计,二、绝热加湿过程,喷水加湿12,绝热加湿，增加含湿量，水分蒸发。因与外界绝热，只能由自身热量供给，故温度降低。,二、绝热加湿过程,喷蒸汽加湿12,喷蒸汽,喷水蒸气加湿，湿空气的焓、含湿量、相对湿度均增加。,三、冷却去湿过程,湿空气被冷却到露点温度，空气为饱和状态，继续冷却时将有水蒸气凝结析出，达到对湿空气除湿的目的，如图1-A-2,四、绝热混合过程,终态3在初态1与2的连线上,五、烘干过程,未饱和空气流经湿物料，吸收其水分；为提高吸湿能力，需先加热湿空气。（加热+吸湿），图书例,六、冷却塔,图书例,利用蒸发冷却，将热水降温，获得工业用循环水。,温度、湿度与大气压强 物理学告诉我们：“大气压的变化跟天气有密切的关系一般地说，晴天的大气压比阴天高，冬天的大气压比夏天高”对这段叙述可归结为温度、湿度与大气压强的关系问题 我们通常所称的大气，就是包围在地球周围的整个空气层它除了含有氮气、氧气及二氧化碳等多种气体外，还含有水汽和尘埃我们把含水汽很少（即湿度小）的空气称“干空气”，而把含水汽较多（即湿度大）的空气称“湿空气”不要以为“干”的东西一定比“湿”的东西轻其实，干空气的分子量是28.966，而水汽的分子量是18.016，故干空气分子要比水汽分子重在相同状况下，干空气的密度也比水汽的密度大水汽的密度仅为干空气密度的62左右,应当说，由于大气处于地球周围的一个开放空间，而不存在约束其运动范围的具体疆界，这就使它跟处于密闭容器中的气体不同对一个盛有空气的密闭容器来说，只要容器中气体未达到饱和状态，那么，当我们向容器中输入水汽的时候，气体的压强必然会增加而大气的情况则不然当因自然因素或人为因素使某区域中的大气湿度增大时，则该区域中的“湿空气”分子（包括空气分子和水汽分子）必然要向周围地区扩散其结果将导致该区域大气中的“干空气”含量比周围地区小，而水汽含量又比周围地区大这犹如在大豆中掺入棉籽时其混合体密度要小于大豆密度一样，所以该区域的湿空气密度也就小于其它地区的干空气密度这样，对该区域的一个单位底面积的气柱而言，其重量也就小于其它干空气地区同样的气柱这也就告诉我们，大气压随空气湿度的增大而减小就阴天与晴天而言，实际上也就是阴天的空气湿度比晴天要大，因而阴天的大气压也就比晴天小 我们知道，气体分子的“碰撞”是产生气体压强的根本原因因而对大气压随空气湿度而变化的问题，我们也可以由此作出解释，根据气体分子运动的基本理论气体分子的平均速率：,则气体分子的平均动量（仅考虑其大小）由此可见，平均质量大的气体分子，其平均动量也大（有的文献中所言：“干空气的平均速度也大于湿空气”，是不正确的）而对相同状况下的干空气与湿空气来说，由于干空气中的气体分子密度及分子的平均质量都比湿空气要大，且干空气分子的平均动量也比湿空气大，因而湿度小的干空气压强也就比湿度大的湿空气大,当我们给盛有空气的密闭容器加热的时候，则其压强当然也会增大而对大气来说情况就不同了当某一区域的大气温度因某种因素而升高时，必将引起空气体积的膨胀，空气分子势必要向周围地区扩散温度高，气体分子固然会运动得快些，这将成为促进压强增大的因素但另一方面，随着温度的升高，气体分子便向周围扩散，则该区域内的气体分子数就要减少，从而形成一个促使压强减小的因素而实际的情况乃是上述两种对立因素共同作用的结果至于这两种因素中哪个起主要作用，我们不妨来看一看大陆及海洋上气压随气温变化的实际情况我们说，夏季大陆上气温比海洋上高，由于大陆上的空气向海洋上扩散，而使大陆上的气压比海洋上低；冬季大陆气温比海洋上低，由于海洋上空气要向大陆上扩散，又使大陆上气压比海洋上高而由此可见，在温度变化和分子扩散两个因素中，扩散起着主要的、决定性的作用应当指出，这里所说的扩散，是指空气的横向流动因为由空气的纵向流动并不能改变竖直气柱的重量（有的文献把因温度而产生的气压变化说成是空气沉浮的结果，这是不妥的），因而也就不能改变大气的压强（对重力加速度g因高度变化而产生的影响完全可以忽略）,由于地球上的大气总量是基本上恒定的当一个地区的气温增加时，往往伴随着另一个地区温度的降低，这就为高温处的空气向低温处扩散带来了可能而扩散的结果常常是高温处的气压比低温处低当我们生活的北半球是接受太阳热量最多的盛夏时，南半球却是接受太阳热量最少的严冬这时，由于北半球的空气要向南半球扩散而使北半球的气压较南半球要低而由于大气总量基本不变，则此时北半球的气压就低于标准大气压，南半球的气压当然也就会高于标准大气压同样，空气的反方向扩散又会使北半球冬季的气压高于标准大气压因而，在北半球，冬季的大气压就会比夏季要高当然，大气压的变化是很复杂的，但对科普的说法作上述解释还是可以的,