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菊夏
7 years ago
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1 第 8 章湿空气本章基本要求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的定义式及物理意义熟练使用湿空气的焓湿图掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析一湿空气成分及压力湿空气 = 干空气 + 水蒸汽 8.1 湿空气性质 B p p p 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的途径 : 1. 等压降温. 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的温度降至水蒸汽的饱和状态, 所对应的温度三湿空气的分子量及气体常数 M r M r M p B 87 R p B 57

1 湿空气性质 B p p p 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的途径

2 结论 : 湿空气的气体常数随水蒸汽分压力的提高而增大四绝对湿度和相对湿度绝对湿度 : 每立方米湿空气终所含水蒸汽的质量相对湿度 : 湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度的比值, 相对湿度反映湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度思考 : 在某温度 t 下, 值小, 表示空气如何, 吸湿能力如何 ; s 值大, 示空气如何, 吸湿能力如何相对湿度的范围 :0< <1 应用理想气体状态方程, 相对湿度又可表示为 p p s 五含温量 ( 比湿度 ) 由于湿空气中只有干空气的质量, 不会随湿空气的温度和湿度而改变定义 : 含湿量 ( 或称比湿度 ): 在含有 1kg 干空气的湿空气中, 所混有的水蒸气质量称为湿空气的 ) p 6 g/kg() B P V 六焓定义 :1kg 干空气的焓和 0.001kg 水蒸汽的焓的总和 h h h 代入 : h 1.01t ( t) g/kg() 七湿球温度 58

气体状态方程, 相对湿度又可表示为 p p s 五含温量 ( 比湿度 ) 由于湿空气中只有干空气的质量, 不会随湿空气的温度和湿度而改变定义 : 含湿量 ( 或称比湿度 ): 在含有 1kg 干空气的湿空气

3 用湿纱布包裹温度计的水银头部, 由于空气是未饱和空气, 湿球纱布上的水分将蒸发, 水分蒸发所需的热量来自两部分 : 1. 降低湿布上水分本身的温度而放出热量. 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, 湿纱布上水分蒸发的热量全部来自空气的对流换热, 纱布上水分温度不再降低, 此时湿球温度计的读数就是湿球温度湿球加湿过程中的热平衡关系式 : h1 c pt 10 3 ( 1) h 由于湿纱布上水分蒸发的数量只有几克, 而湿球温度计的读数又较低, 在一般的通风空调工程中可以忽略不计因此 h1 h 结论 : 通过湿球的湿空气在加湿过程中, 湿空气是一个等焓过程 8. 湿空气的焓湿图 59

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, 湿纱布上水分蒸发的热量全部来自空气的对流换热, 纱布上水分温

4 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处理过程中, 由初态点 1 变化到终态点若在过程 1- 中, 在 h- 图上热湿交换过程 1- 将是连接初态点 1 与终态点的一条直线, 这一条直线具有一定的斜率, 称为热湿比 h h1 h 表明 : 湿空气在热湿交换过程 1- 的方向与特点热湿比 ε 在 h- 图上反映了过程线 1- 的倾斜度, 也称角系数 8.3 湿空气的基本热力过程 60

的一条直线, 这一条直线具有一定的斜率, 称为热湿比 h h1 h 1000 1000 表明 : 湿空气在热湿交换过程

5 1 加热过程是干燥工程中不可缺少的组成过程之一状态参数 : t t1 h h1 1 0 冷却过程 q t t 1 h1 h h 1 kj /kg() h 1 q 若 0 等含湿量冷却 h h 1 ( 负值 ) kj /kg() 3 绝热加湿过程 t t 1 h1 h 1 1 每 kg 干空气吸收水蒸汽 : 1 g /kg() 4 定温加湿过程 t t 1 h1 h 1 1 q 五湿空气的混合 h h h kj /kg() 61

6 混合后的状态点 : h c m 1h1 m m m 1 h c m 1 m 1 1 m m 六湿空气的蒸发冷却过程 m ( h h1 ) m3h3 m4h4 m 3 3 m4 m ( 1) 10 例 1: 如果室外空气的参数为 p=1.0133br,t=30, =0.90, 现欲经空气调节设备供给 t =0, =0.60 的湿空气, 试用 h- 图分析该空气调节过程, 并计算析出的水分及各过程中的热量解 : 利用 h- 图分析计算该题所给条件下的空调过程, 如图 8.1, 根据所给条件 t=30, =0.90, 在 h- 图上确定初态 1, 并查得 h 1 =6.kJ/k(), 1 =15.7g/kg() 同样, 由 t =0, =0.60 在图上确定终态, 并查得 h =34.1kJ/k(), =15.7g/kg(), 由定线与 =1 线的交点 4, 查得 h 4 =6.4kJ/kg(), = 4 空调过程的分析 : 定湿冷却过程 : 湿空气的冷却过程, 因其组成成分不变, 即含湿量不变, 但相对湿度增加, 温度下降, 直降到露点所以, 是定湿降温过程例如, 在 h- 图上自初态 1 沿 1=15.7g/kg() 的定湿线进行到与 =1 线的交点 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的状态 4, 在这个冷却去湿阶段中, 将有水蒸气凝结成水析出, 并放 6

7g/kg() 同样, 由 t =0, =0.60 在图上确定终态, 并查得 h =34.1kJ/k(), =15.7g/kg(), 由定线与 =1 线的交点 4, 查得 h 4 =6.

7 出热量 1-4 过程的放热量, 可用焓差表示, 即 q= h4 h1 =6.4-6.=-35.8kJ/kg() 式中负号表示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的水分等于湿空气含湿量的减少量, 即 4 1 = =-8.6g/kg() 式中负号表示湿空气析出水分加热过程 : 为了达到工程所要求的湿度, 常采用降温去湿, 但往往使温度过 0 低 ( 如 4 点 t 8.8 C, 为了保证空调后的气体温度 ( 本题要求 0 ), 去湿后, 常常需要加热升温是自状态 4 沿定 4 线进行到终点, 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的吸热量也可以用焓差表示, 即 q h h 4 = =7.7kJ/kg() 例 : 已知干湿球湿度计的读数为 : 干球温度 t 1 =8, 湿球温度 t =19, 当时的大气压力为 p 1 =1br, 用查湿空气图求出的含湿量露点相对湿度和焓值解 : 查湿空气的 h- 图, 当干球温度 t 1 =8 湿球温度 t =19 时, 湿空气的含湿量为 1 =0.0105kg/(kg/kg()), 露点 t =14.6, 相对温度 =44%, 湿空气的焓 h=55(kg/kg()) 如与计算值相比, 由图上查得的数值误差不大, 可以看出湿空气图应用起来简单方便, 很有实用价值 63

8 C, 为了保证空调后的气体温度 ( 本题要求 0 ), 去湿后, 常常需要加热升温是自状态 4 沿定 4 线进行到终点, 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的吸热量也可以用焓差表示, 即 q h h 4 =34.1-6.4=7.

8 例 3: 夏天, 大气压力 p=1.0133br, 室外空气 t 1 =34, 1 =80% 空调装置向室内供应 t 3 =0,j3=50% 的调节空气, 空气供应量 m A =50kg/min 如果空调过程, 先将空气冷却去湿, 然后再加热至要求的状态试计算 :(1) 每分钟空气需要除去的水分 ;() 每分钟冷却介质应带走的热量 ;(3) 加热器加入的热量解 : 按给定参数和过程在 h 图上查出状态点 1 3 的有关参数, 根据 t 1 1 查得 1 =0.074kg/(kg 干空气 ) h 1 =105kJ/(kg 干空气 ) 根据 t 3 3 查得 3 =0.0073kg/(kg 干空气 ) h 3 =38kJ/(kg 干空气 ) 冷却去湿过程达到的状态为 = 3 =0.0073kg/(kg 干空气 ) 的饱和空气状态, 照此查得 h =105kg/(kg 干空气 ) t =9 (1) 空气中需要除去的水分为 m m ( ) 50 ( ) kg/ min () 冷却介质带走的热量为 Q m h h m 1 ( 1 ) h 其中凝结水的焓为 h C p t kJ/kg 故有 Q 1 50 (105 7) kJ / min (3) 加热器加入的热量为 Q 3 m ( h3 h 500kg / min ) 50 (38 7) 例 4: 空气的温度 t=1, 压力 p=760mmhg, 相对湿度 j=5%, 在进入空调房间前, 要求处理到 =5g/kg 干空气, 进入空气处理室的空气流量为 10m 3 /min 假定空气处理室所用的喷雾水的水温为 t =1 若是分别按下列三种过程进行 : (1) 等干球温度处理 ;() 等相对湿度处理 ;(3) 绝热加湿处理求进入 64

介质应带走的热量 ;(3) 加热器加入的热量解 : 按给定参数和过程在 h 图上查出状态点 1 3 的有关参数, 根据 t 1 1 查得 1 =0.074kg/(kg 干空气 ) h 1 =105kJ/(kg 干空气 ) 根据 t 3 3 查得 3 =0.

9 房间的空气相对湿度温度处理每公斤干空由加热器传热的热量解 :(1) 等干球温度处理过程向空气中喷入水, 使湿空气的含湿量增加, 但由于水在蒸发时要吸热, 所以空气的干球温度必然要下降 ( 因为将空气的显热变成了汽化潜热 ) 因此要维持空气干球温度不变, 在喷雾和加湿的同时, 还必须用加热盘管向空气供给足够的热量, 以维持处理前后空气的干球温度不变若喷入空气中的水全部被空气吸收, 则根据稳定流动能量方程, 由盘管供给空气的热量应为 : Q m ) m ( h h1 h 由质量平衡 m m ) ( 1 根据 t 1 =1,j1=5%, 从 h- 图上查得空气的初参数分别为 : 1 =.1g/kg 干空气,h 1 =18.5kJ/kg 干空气, 1 =0.8m 3 /kg 空气处理室出口的参数为 : =5g/kg 干空气,t r =1,j=57%,h =18.5kJ/kg 干空气流入的空气流量为 10m 3 /min, 比容 1 =0.8m 3 /kg 10 m m1 m ( ) m kg / min 从质量平衡的关系式求得 : m kg / min 加热盘管的供热量为 : Q (5 18.5) kJ / min () 等相对湿度处理过程由于要求出口含湿量 =5g/kg 干空气, 所以根据 j1=j=5% 及 =5g/kg 干空气, 由 h- 图上查得其它各参数分别为 : t r =5.5,h=38.1kJ/kg 干空气 65

) m ( h h1 h 由质量平衡 m m ) ( 1 根据 t 1 =1,j1=5%, 从 h- 图上查得空气的初参数分别为 : 1 =.1g/kg 干空气,h 1 =18.5kJ/kg 干空气, 1 =0.8m 3 /kg 空气处理室出口的参数为 : =5g/kg 干空气,t r =1,j=57%,h =18.

10 入口空气量仍为 10m 3 /min m =146.03kg/min,m =0.43kg/min, h =50.4kJ/kg 加热盘管的加热量为 : Q m ( ) ( h h ) 1 m h 867.5kJ/ min (3) 绝热加湿过程绝热加湿过程传给空气的热量为零, 所以空气的焓保持不变, 即 h 1 =h 由于要求 =5g/ kg/kg() 从 h- 图上查得其余各参数为 : t r =5,j=93% 过程中加热量 :Q=0 本章难点湿空气是一种理想混合气体, 遵循理想混合气体的性质, 但它与一般理想混合气体又有重要区别, 由于湿空气中的水蒸汽分压力达到饱和压力时将引起部分水蒸汽的冷凝, 湿空气中的水蒸汽的含量将随之改变, 因此要注意湿空气的特殊性质 : (1) 结露和露点 : 湿空气在定压下降温到与水蒸汽分压力相对应的饱和温度时, 所出现的冷凝现象称为结露, 其温度为露点, 即水蒸汽分压力相对应的饱和温度为露点温度 () 饱和湿空气和未饱和湿空气 : 依据其湿空气中水蒸汽是否达到饱和状态, 可划分这两类湿空气 (3) 湿空气的干球温度和湿球温度 : 湿空气的温度称为干球温度, 用湿纱布包住水银温度计的水银柱球部时, 紧贴湿球表面的饱和湿空气温度称为湿球温度通常湿球温度低于干球温度, 高于露点温度思考题 1. 有人说, 相对温度表示湿空气吸收水蒸气的能力, 所以相对湿度相同时在不同温度下湿空气的能力是相同的, 这种说法是否正确? 说明理由 66

循理想混合气体的性质, 但它与一般理想混合气体又有重要区别, 由于湿空气中的水蒸汽分压力达到饱和压力时将引起部分水蒸汽的冷凝, 湿空气中的水蒸汽的含量将随之改变, 因此要注意湿空气的特殊性质 : (1) 结露和露点 : 湿空

11 . 湿空气的露点能否等于湿球温度? 能否大于湿球温度? 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的水蒸气处于过热状态? 5. 在高温下湿空气中水蒸气分压力 p 大于大气压力时, 相对湿度计算公式 j=p /p s 是否还适用? 6. 用什么方法可使未饱和空气变为饱和空气? 如果把 0 时的饱和空气在定压下加热到 30, 它是否还是饱和空气? 7. 为什么说热力学湿球温度是湿空气的状态参数, 而湿球温度计测得的温度值不是湿空气的状态参数? 8. 冬天刮风阴天, 气温为零上, 相对湿度为 50%, 在室外晾晒的湿衣服会出现什么现象? 为什么? 9. 在冷水塔中能把热水冷却到比大气温度还低, 是否违反热力学第二定律? 作业 :

如果把 0 时的饱和空气在定压下加热到 30, 它是否还是饱和空气? 7. 为什么说热力学湿球温度是湿空气的状态参数, 而湿球温度计测得的温度值不是湿空气的状态参数? 8.

类似地, 又可定义变下限的定积分 : ( ). 与 ψ 统称为变限积分. f ( ) d f ( t) dt,, 注在变限积分 (1) 与 () 中, 不可再把积分变量写成的形式 ( 例如 ) 以免与积分上下限的

类似地, 又可定义变下限的定积分 : ( ). 与 ψ 统称为变限积分. f ( ) d f ( t) dt,, 注在变限积分 (1) 与 () 中, 不可再把积分变量写成的形式 ( 例如 ) 以免与积分上下限的 5 ( 一 ) 微积分学基本定理当函数的可积性问题告一段落, 并对定积分的性质有了足够的认识之后, 接着要来解决一个以前多次提到过的问题在定积分形式下证明连续函数必定存在原函数. 一变限积分与原函数的存在性设 f 在 [,] 上