工程熱力學(xué)-濕空氣

1、.第8章 濕 空 氣 本章基本要求理解絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、含濕量、飽和度、濕空氣密度、干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)溫度和角系數(shù)等概念的定義式及物理意義。熟練使用濕空氣的焓濕圖。掌握濕空氣的基本熱力過(guò)程的計(jì)算和分析。8.1 濕空氣性質(zhì)一、濕空氣成分及壓力濕空氣=干空氣+水蒸汽 二、飽和空氣與未飽和空氣未飽和空氣=干空氣+過(guò)熱水蒸汽 飽和空氣=干空氣+飽和水蒸汽 注意：由未飽和空氣到飽和空氣的途徑：1 等壓降溫2 等溫加壓露點(diǎn)溫度：維持水蒸汽含量不變，冷卻使未飽和濕空氣的溫度降至水蒸汽的飽和狀態(tài)，所對(duì)應(yīng)的溫度。三、濕空氣的分子量及氣體常數(shù)精品.結(jié)論：濕空氣的氣體常數(shù)隨水蒸汽分壓力的提高而增大四、絕對(duì)濕

2、度和相對(duì)濕度 絕對(duì)濕度：每立方米濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量。 相對(duì)濕度：濕空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和空氣的飽和絕對(duì)濕度的比值，相對(duì)濕度反映濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度。思考：在某溫度t下，值小，表示空氣如何，吸濕能力如何；值大，示空氣如何，吸濕能力如何。 相對(duì)濕度的范圍：01。應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程 ，相對(duì)濕度又可表示為五、含溫量(比濕度)由于濕空氣中只有干空氣的質(zhì)量不會(huì)隨濕空氣的溫度和濕度而改變。定義：含濕量(或稱(chēng)比濕度)：在含有1kg干空氣的濕空氣中，所混有的水蒸氣質(zhì)量稱(chēng)為濕空氣的)。 g/kg(a)六、焓定義：1kg干空氣的焓和0.001dkg水蒸汽的焓的總和代入： g/kg(a)七、

3、濕球溫度精品.用濕紗布包裹溫度計(jì)的水銀頭部，由于空氣是未飽和空氣，濕球紗布上的水分將蒸發(fā)，水分蒸發(fā)所需的熱量來(lái)自?xún)刹糠郑? 降低濕布上水分本身的溫度而放出熱量。2 由于空氣溫度t高于濕紗布表面溫度，通過(guò)對(duì)流換熱空氣將熱量傳給濕球。當(dāng)達(dá)到熱濕平衡時(shí),濕紗布上水分蒸發(fā)的熱量全部來(lái)自空氣的對(duì)流換熱,紗布上水分溫度不再降低，此時(shí)濕球溫度計(jì)的讀數(shù)就是濕球溫度。濕球加濕過(guò)程中的熱平衡關(guān)系式：由于濕紗布上水分蒸發(fā)的數(shù)量只有幾克，而濕球溫度計(jì)的讀數(shù)又較低，在一般的通風(fēng)空調(diào)工程中可以忽略不計(jì)。因此 結(jié)論：通過(guò)濕球的濕空氣在加濕過(guò)程中，濕空氣是一個(gè)等焓過(guò)程。82 濕空氣的焓濕圖精品. 一、定焓線(xiàn)與定含濕量線(xiàn) 二、

4、定干球溫度線(xiàn)三、定相對(duì)濕度線(xiàn)四、水蒸汽分壓力線(xiàn)五、熱濕比濕空氣在熱濕處理過(guò)程中，由初態(tài)點(diǎn)1變化到終態(tài)點(diǎn)2。若在過(guò)程1-2中，在h-d圖上熱、濕交換過(guò)程1-2將是連接初態(tài)點(diǎn)1與終態(tài)點(diǎn)2的一條直線(xiàn)，這一條直線(xiàn)具有一定的斜率，稱(chēng)為熱濕比。表明：濕空氣在熱、濕交換過(guò)程1-2的方向與特點(diǎn)熱濕比在h-d圖上反映了過(guò)程線(xiàn)1-2的傾斜度，也稱(chēng)角系數(shù)。83 濕空氣的基本熱力過(guò)程精品.一、 加熱過(guò)程是干燥工程中不可缺少的組成過(guò)程之一。狀態(tài)參數(shù)： kj /kg(a)二、 冷卻過(guò)程 （負(fù)值） kj /kg(a)若 等含濕量冷卻三、 絕熱加濕過(guò)程 每kg干空氣吸收水蒸汽： g /kg(a)四、 定溫加濕過(guò)程 kj /k

5、g(a)五、濕空氣的混合 混合后的狀態(tài)點(diǎn)：精品.六、濕空氣的蒸發(fā)冷卻過(guò)程 例1：如果室外空氣的參數(shù)為p=1.0133bar，t=30,=0.90，現(xiàn)欲經(jīng)空氣調(diào)節(jié)設(shè)備供給=20，=0.60的濕空氣，試用h-d圖分析該空氣調(diào)節(jié)過(guò)程，并計(jì)算析出的水分及各過(guò)程中的熱量。解：利用h-d圖分析計(jì)算該題所給條件下的空調(diào)過(guò)程，如圖8.1，根據(jù)所給條件t=30,=0.90，在h-d圖上確定初態(tài)1,并查得=62.2kj/k(a)，=15.7g/kg(a)同樣,由=20，=0.60在圖上確定終態(tài)2,并查得=34.1kj/k(a)，=15.7g/kg(a)，由定線(xiàn)與=1線(xiàn)的交點(diǎn)4,查得 =26.4kj/kg(a),

6、= 空調(diào)過(guò)程的分析：定濕冷卻過(guò)程：濕空氣的冷卻過(guò)程，因其組成成分不變，即含濕量不變,但相對(duì)濕度增加,溫度下降,直降到露點(diǎn)。所以,是定濕降溫過(guò)程。例如,在h-d圖上自初態(tài)1沿=15.7g/kg(a)的定濕線(xiàn)進(jìn)行到與=1線(xiàn)的交點(diǎn)3。此時(shí)已成飽和空氣,再繼續(xù)冷卻，過(guò)程自狀態(tài)3沿飽和線(xiàn)(臨界線(xiàn))進(jìn)行,直至與終態(tài)含濕量相等的狀態(tài)4,在這個(gè)冷卻去濕階段中,將有水蒸氣凝結(jié)成水析出,并放出熱量。1-4過(guò)程的放熱量，可用焓差表示,即 q=26.4-62.2=-35.8kj/kg(a)式中負(fù)號(hào)表示冷卻時(shí)濕空氣放出熱量。精品.冷卻去濕過(guò)程：每公斤干空氣所析出的水分等于濕空氣含濕量的減少量,即=7.1-15.7=-8

7、.6g/kg(a)式中負(fù)號(hào)表示濕空氣析出水分。加熱過(guò)程：為了達(dá)到工程所要求的濕度，常采用降溫去濕,但往往使溫度過(guò)低(如4點(diǎn)，為了保證空調(diào)后的氣體溫度(本題要求20)，去濕后，常常需要加熱升溫。是自狀態(tài)4沿定線(xiàn)進(jìn)行到終點(diǎn)2,溫度升高，含濕量不變，相對(duì)濕度下降，這是定濕加熱過(guò)程。加熱過(guò)程的吸熱量也可以用焓差表示,即=34.1-26.4=7.7kj/kg(a) 例2：已知干濕球濕度計(jì)的讀數(shù)為：干球溫度t1=28，濕球溫度t2=19，當(dāng)時(shí)的大氣壓力為p1=1bar，用查濕空氣圖求出的含濕量、露點(diǎn)、相對(duì)濕度和焓值。解：查濕空氣的h-d圖，當(dāng)干球溫度t1=28、濕球溫度t2=19時(shí)，濕空氣的含濕量為d1=

8、0.0105kg/（kg/kg(a)），露點(diǎn)td=14.6，相對(duì)溫度j=44%，濕空氣的焓h=55（kg/kg(a)）。如與計(jì)算值相比，由圖上查得的數(shù)值誤差不大，可以看出濕空氣圖應(yīng)用起來(lái)簡(jiǎn)單方便，很有實(shí)用價(jià)值。例3：夏天，大氣壓力p=1.0133bar，室外空氣t1=34，j1=80%?？照{(diào)裝置向室內(nèi)供應(yīng)t3=20，j3=50%的調(diào)節(jié)空氣，空氣供應(yīng)量ma=50kg/min。如果空調(diào)過(guò)程，先將空氣冷卻去濕，然后再加熱至要求的狀態(tài)。試計(jì)算：（1）每分鐘空氣需要除去的水分；（2）每分鐘冷卻介質(zhì)應(yīng)帶走的熱量；（3）加熱器加入的熱量。精品.解：按給定參數(shù)和過(guò)程在hd圖上查出狀態(tài)點(diǎn)1、2、3的有關(guān)參數(shù)，根

9、據(jù)t1、j1查得 d1=0.0274kg/(kg干空氣) h1=105kj/(kg干空氣)根據(jù)t3、j3查得 d3=0.0073kg/(kg干空氣) h3=38kj/(kg干空氣)冷卻去濕過(guò)程達(dá)到的狀態(tài)為d2=d3=0.0073kg/(kg干空氣)的飽和空氣狀態(tài)，照此查得h2=105kg/(kg干空氣) t2=9（1）空氣中需要除去的水分為（2）冷卻介質(zhì)帶走的熱量為其中凝結(jié)水的焓為故有 （3）加熱器加入的熱量為例4：空氣的溫度t=12，壓力p=760mmhg，相對(duì)濕度j=25%，在進(jìn)入空調(diào)房間前，要求處理到d2=5g/kg干空氣，進(jìn)入空氣處理室的空氣流量為120m3/min。假定空氣處理室所用

10、的噴霧水的水溫為tw=12。若是分別按下列三種過(guò)程進(jìn)行：（1）等干球溫度處理；（2）等相對(duì)濕度處理；（3）絕熱加濕處理。求進(jìn)入房間的空氣相對(duì)濕度、溫度、處理每公斤干空由加熱器傳熱的熱量。解：（1）等干球溫度處理過(guò)程向空氣中噴入水，使?jié)窨諝獾暮瑵窳吭黾?，但由于水在蒸發(fā)時(shí)要吸熱，所以空氣的干球溫度必然要下降（因?yàn)閷⒖諝獾娘@熱變成了汽化潛熱）。因此要維持空氣干球溫度不變，在噴霧和加濕的同時(shí)，還必須用加熱盤(pán)管向空氣供給足夠的熱量，以維持處理前后空氣的干球溫度不變。若噴入空氣中的水全部被空氣吸收，則根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程，由盤(pán)管供給空氣的熱量應(yīng)為：精品.由質(zhì)量平衡 根據(jù)t1=12，j1=25%，從hd圖上

11、查得空氣的初參數(shù)分別為：d1=2.1g/kg干空氣，h1=18.5kj/kg干空氣，v1=0.82m3/kg空氣處理室出口的參數(shù)為：d2=5g/kg干空氣，tdrv2=12，j2=57%，h2=18.5kj/kg干空氣流入的空氣流量為120m3/min，比容v1=0.82m3/kg。從質(zhì)量平衡的關(guān)系式求得：加熱盤(pán)管的供熱量為：（2）等相對(duì)濕度處理過(guò)程由于要求出口含濕量d2=5g/kg干空氣，所以根據(jù)j1=j2=25%及d2=5g/kg干空氣，由h-d圖上查得其它各參數(shù)分別為：=25.5，h2=38.1kj/kg干空氣入口空氣量仍為120m3/min ma=146.03kg/min，mw=0.4

12、23kg/min，h2=50.4kj/kg加熱盤(pán)管的加熱量為：（3）絕熱加濕過(guò)程精品.絕熱加濕過(guò)程傳給空氣的熱量為零，所以空氣的焓保持不變，即h1=h2。由于要求d2=5g/ kg/kg(a)從h-d圖上查得其余各參數(shù)為：=5，j2=93% 過(guò)程中加熱量：q=0本章難點(diǎn)濕空氣是一種理想混合氣體，遵循理想混合氣體的性質(zhì)，但它與一般理想混合氣體又有重要區(qū)別，由于濕空氣中的水蒸汽分壓力達(dá)到飽和壓力時(shí)將引起部分水蒸汽的冷凝，濕空氣中的水蒸汽的含量將隨之改變，因此要注意濕空氣的特殊性質(zhì)：(1) 結(jié)露和露點(diǎn)：濕空氣在定壓下降溫到與水蒸汽分壓力相對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，所出現(xiàn)的冷凝現(xiàn)象稱(chēng)為結(jié)露，其溫度為露點(diǎn)，即水

13、蒸汽分壓力相對(duì)應(yīng)的飽和溫度為露點(diǎn)溫度。(2) 飽和濕空氣和未飽和濕空氣：依據(jù)其濕空氣中水蒸汽是否達(dá)到飽和狀態(tài)，可劃分這兩類(lèi)濕空氣。(3) 濕空氣的干球溫度和濕球溫度：濕空氣的溫度稱(chēng)為干球溫度，用濕紗布包住水銀溫度計(jì)的水銀柱球部時(shí)，緊貼濕球表面的飽和濕空氣溫度稱(chēng)為濕球溫度。通常濕球溫度低于干球溫度，高于露點(diǎn)溫度。思考題1有人說(shuō)，相對(duì)溫度表示濕空氣吸收水蒸氣的能力，所以相對(duì)濕度相同時(shí)在不同溫度下濕空氣的能力是相同的，這種說(shuō) 法是否正確？說(shuō)明理由。2濕空氣的露點(diǎn)能否等于濕球溫度？能否大于濕球溫度？3濕空氣和濕蒸氣有什么不同？飽和濕空氣和飽和蒸氣有什么不同？4為什么說(shuō)未飽和空氣中的水蒸氣處于過(guò)熱狀態(tài)？

14、5在高溫下濕空氣中水蒸氣分壓力pw大于大氣壓力時(shí)，相對(duì)濕度計(jì)算公式j(luò)=pw/ps是否還適用？6用什么方法可使未飽和空氣變?yōu)轱柡涂諝?？如果?0時(shí)的飽和空氣在定壓下加熱到30，它是否還是飽和空氣？7為什么說(shuō)熱力學(xué)濕球溫度是濕空氣的狀態(tài)參數(shù)，而濕球溫度計(jì)測(cè)得的溫度值不是濕空氣的狀態(tài)參數(shù)？精品.8冬天刮風(fēng)陰天，氣溫為零上2，相對(duì)濕度為50%，在室外晾曬的濕衣服會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？9在冷水塔中能把熱水冷卻到比大氣溫度還低，是否違反熱力學(xué)第二定律？作業(yè)：8-2、8-5、8-8、8-9、8-10、8-11、8-13熱平衡方程解決但需要指定50度熱水加熱后回水溫度是多少？這里假定回水溫度為45度。200

15、方空氣升溫13度需用的熱量計(jì)算：空氣比熱cp=1.003kj/(kg*k)（與初始溫度有關(guān)，但粗略計(jì)算定為常數(shù)），空氣的密度1.2kg/立方米（與溫度有關(guān)，但粗略計(jì)算定為常數(shù)），1方=1立方米q空氣=200立方*1.2kg/立方米*1.003kj/(kg*k)*13k=3129.36kj水的比熱=4.2kj/(kg*k)q水=x千克*4.2kj/(kg*k)*（50-45）k=21x3219.36kj=21x 解得x=153.3kg提醒：此時(shí)空氣升溫終了時(shí)溫度最高不會(huì)超過(guò)50度130001.21.003a=35623600 a=13.66焓值的定義與計(jì)算公式空氣中的焓值是指空氣中含有的總熱量，

16、通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準(zhǔn)，稱(chēng)作比焓。工程中簡(jiǎn)稱(chēng)為焓，是指一千克干空氣的焓和與它相對(duì)應(yīng)的水蒸氣的焓的總和。精品.在工程上，我們可以根據(jù)一定質(zhì)量的空氣在處理過(guò)程中比焓的變化，來(lái)判定空氣是得到熱量還是失去了熱量?？諝獾谋褥试黾颖硎究諝庵械玫綗崃浚豢諝獾谋褥蕼p小表示空氣中失去了熱量。在計(jì)算氣流經(jīng)過(guò)換熱器的換熱量的時(shí)候，氣流一側(cè)的換熱量計(jì)算通過(guò)焓差計(jì)算相當(dāng)簡(jiǎn)便：q=m*(h_out-h_in)q是換熱量m是氣流質(zhì)量流量h為氣流比焓值。其實(shí)這不只針對(duì)氣流，對(duì)于氣液兩相的制冷劑流動(dòng)，也是同樣的計(jì)算方法?？諝忪手档亩x及空氣焓值的計(jì)算公式空氣的焓值是指空氣所含有的總熱量，通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準(zhǔn)。焓用

17、符號(hào)i表示，單位是kj/kg干空氣。濕空氣焓值等于1kg干空氣的焓值與dkg水蒸氣焓值之和。濕空氣焓值計(jì)算公式化：i=1.01t+(2500+1.84t)d=（1.01+1.84d）t+2500d（kj/kg干空氣）式中： t空氣溫度d空氣的含濕量g/kg干空氣1.01干空氣的平均定壓比熱kj/(kg.k)1.84水蒸氣的平均定壓比熱kj/(kg.k)25000時(shí)水的汽化潛熱kj/kg由上式可以看出：（1.01+1.84d）t是隨溫度變化的熱量，即“顯熱”；而2500d則是0時(shí)dkg水的汽化潛熱，它僅隨含濕量而變化，與溫度無(wú)關(guān)，即是“潛熱”。上式經(jīng)常用來(lái)計(jì)算冷干機(jī)的熱負(fù)荷。i=1.01t+(2500