·绪论

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 8.97 10. 95 p B 87 R 1 0.378 p B 57

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 0. 001h 代 入 : h 1.01t 0.001 (5011.85t) g/kg() 七 湿 球 温 度 58

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

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 1000 1000 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

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 1 0.001h kj /kg() 61

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

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 =7.1-15.7=-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 =34.1-6.4=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

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 (0.074 0.0073) 1 1.005kg/ 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 4.186 9 37.64kJ/kg 故 有 Q 1 50 (105 7) 1.005 37.67 386.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

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 (1 0.001) 0.8 146.34 m 146.03kg / min 1.001 从 质 量 平 衡 的 关 系 式 求 得 : m 5.1 146.03 1000 0.43kg / min 加 热 盘 管 的 供 热 量 为 : Q 146.03(5 18.5) 0.43 50.4 97.876kJ / 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

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 146.03(38.1 18.5) 0.43 50.4 ( 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

. 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 :8-8-5 8-8 8-9 8-10 8-11 8-13 67