《熱工基礎(chǔ)》電子教案：第六章 濕空氣的特性

1、第六章 濕空氣的特性濕空氣及其焓濕圖狀態(tài)和特點 12濕球與干球溫度3基本熱力過程4濕空氣的混合過程5焓濕圖第1節(jié) 濕空氣的熱物理性質(zhì)第一節(jié)濕空氣的組成和狀態(tài)參數(shù)濕空氣由干空氣和水蒸氣組成干空氣可似為理想氣體;水蒸氣由于含量少,也可近似為理想氣體.干空氣的基本組成：氮：78.084%；氧：20.947%；氬：0.934%；二氧化碳：0.0314%濕空氣的熱物理性質(zhì)濕空氣及其狀態(tài)參數(shù)1濕球溫度在id圖上的表示2濕空氣的基本熱力過程3干空氣的基本參數(shù)在標準狀態(tài)下（壓力為101325Pa，溫度為293K,即20）干空氣密度a=1.205kg/m3.干空氣滿足理想氣體方程：一、濕空氣及其狀態(tài)參數(shù)濕空氣是

2、水蒸汽與干空氣的混合物；濕空氣可當作理想氣體： 主要是濕空氣中水蒸汽分壓較低：；30， 60， 80， ； 通常假設(shè)空氣的存在不影響水蒸汽的性質(zhì)（冷凝、蒸發(fā)、過熱等）；一般約定的符號表示：下標a表示干空氣（air）； v表示是水蒸汽（vapor）；s表示飽和狀態(tài)（saturation）； 無下標表示整個濕空氣。1. 飽和及未飽和空氣 濕空氣中水蒸汽分壓 通常都處在低于飽和壓力 之下： , 因此處在過熱蒸汽狀態(tài) 空氣 還有吸濕能力，所以叫未飽和空氣。 在p-v圖上，當空氣溫度不變，增加水蒸汽的含量，從而使分壓升高，達到此溫度對應(yīng)的飽和壓力， 稱為飽和空氣（不再有吸濕能力）。 2. 露點溫度tD

3、濕空氣被不斷降低溫度，直至飽和狀態(tài)，與此飽和狀態(tài)溫度對應(yīng)的濕空氣溫度為露點溫度。露點后再冷卻，就會結(jié)露，有水析出；大氣中雨形成等與此有關(guān)。 A點空氣，保持分壓 pv不變，而降低其溫度，能使未飽和空氣達到飽和狀態(tài)，AD，與此飽和狀態(tài)溫度對應(yīng)的濕空氣溫度為露點溫度。3. 絕對濕度和相對濕度 濕度空氣的潮濕程度絕對濕度單位容積中水蒸汽的質(zhì)量（水蒸汽的密度）（某容積中水蒸汽的絕對含量）（可看作理想氣體） 這看似一個很合理很公平的概念，但絕對濕度還不能確定空氣的狀態(tài)，因為具有相同絕對濕度的空氣，狀態(tài)仍有不同。例如：下圖中A點與E點同在一條等容線上，v 相同，濕空氣在相同比容下，狀態(tài)不同A、E兩點的比容相

4、同，A點為不飽和空氣，E點為飽和空氣。所以 相同因而有相同的絕對濕度，但A處在過熱區(qū)，可吸濕，E點在飽和線上，不能吸濕，所以A、E兩點狀態(tài)不同。因此又引入了相對濕度的概念。 相對濕度 絕對濕度 與同溫度下可達到的最大絕對濕度 之比。即： （蒸汽分壓與飽和蒸汽分壓之比）是此溫度下的最大分壓，相對濕度小，空氣越干燥，吸濕越強，反之亦然。 時,不再有 吸濕能力。 相對濕度是溫度的函數(shù)，溫度上升，相對濕度減小，反之亦然。4. 含濕量濕空氣中水蒸汽質(zhì)量 與干空氣質(zhì)量 之比稱為 含濕量。 從理想氣體方程： 所以，5. 濕空氣的焓 該焓應(yīng)是空氣焓與水蒸汽焓之和： 在一般濕空氣的傳送過程中，空氣質(zhì)量一般不變，

5、所以濕空氣的比焓是相對于干空氣而言的。 焓只計算相對值，但在一般圖表中，取零度時干空氣的焓為零。則任意溫度下， （干空氣焓） 水蒸汽焓近似為： （理想氣體） 其中 為0時飽和水蒸汽的焓， （t） 這是一個非常有用的公式，公式加查表，基本能滿足我們的使用要求。 利用水蒸汽表計算濕空氣的性質(zhì)例：設(shè)大氣壓力為0.1MPa，溫度為30，相對濕度 。求露點溫度，含濕量及比焓。 解：（1）由t=30, 查水蒸汽表得 則 由 查水蒸汽表得 ，即為 露點溫度。 （2） （3） 6. 焓濕圖 常用坐標圖確定濕空氣狀態(tài)，最常用得是焓濕圖。以焓為縱坐標，含濕量為橫坐標，等焓線與縱坐標成135。 國外的焓濕圖焓濕圖的

6、成圖規(guī)則1.等溫線：當t等于常數(shù)時,可確定等溫線。2.等相對濕度線：根據(jù) 和當相對濕度為常數(shù)時，再根據(jù)可以得到等相對濕度線3.熱濕比線：濕空氣的焓變化與含濕量變化之比，即 熱濕比有正有負，代表了濕空氣狀態(tài)的變化方向W是濕總量（Q為得熱總量；W為濕總量） 查圖可知，因此，只要知道 中的3個量，就可以確定其余一個量，或知道 或 中的一個，就可知道剩下一個。 焓濕圖的應(yīng)用例： 已知 ， ；當空氣吸收 和 后，焓值變?yōu)?，求B點的溫度（位置）， 相對濕度等?？捎脙煞N方法 解： 任意取 ，則 通過下圖所示的方法，確定B點。通過如圖的所示的方法，確定B點二、濕球溫度濕球溫度產(chǎn)生干濕溫度差的原因是空氣未達到

7、飽和,它有吸收水蒸氣的能力.要實現(xiàn)濕球溫度的穩(wěn)定，必須使空氣傳給濕球的熱量與水分蒸發(fā)所需熱量相等。即：傳熱原理：（為對流系數(shù)，F(xiàn)為傳熱面積，t、ts分別是干濕球溫度） （W為蒸發(fā)的水量，為汽化潛熱）W可通過擴散理論計算得到.在濕球附近有水蒸汽分壓 （在濕球溫度下空氣的水蒸汽飽和分壓）在遠處空氣中水蒸汽分壓為由擴散理論： 為分子擴散系數(shù)、二元擴散系數(shù)，pB為大氣壓。 由于，所以所以式中A為一系數(shù) 其實， 均與濕球附近風速有關(guān)，而且隨溫度變化而變化。所以A的計算一般用經(jīng)驗公式計算 因此，已知干濕球溫差 后，即可求得相對濕度。 為濕球溫度下的飽和水蒸汽壓， 為干球溫度下的飽和蒸汽壓。風速對濕球溫度的

8、影響在此需要說明：濕球溫度與周圍風速 有較強的關(guān)系，一般 。知道了濕球溫度，可以很方便地計算其它狀態(tài)參數(shù)，因此 是很重要的。三、濕球溫度在id圖上的表示我們知道，當空氣的 時，干、濕球溫度不相等， 。這是由于濕球蒸發(fā)水份造成溫度降低引起的。為了在hd圖上表示濕球溫度，我們設(shè)想有一股空氣，原狀態(tài)為A，它流經(jīng)濕球后變?yōu)闋顟B(tài)B，在濕球周圍，空氣將變成飽和空氣，飽和溫度為 ，所以B點的空氣相對溫度在空氣由 的過程中，空氣失去部分顯熱，但同時增加了內(nèi)部的水蒸汽，也就是說，水蒸汽給它帶來了蒸發(fā)水量的潛熱，因此，它的焓值基本不變，所以，從A到B應(yīng)該是一個等焓過程。在hd圖上，A、B在同一焓值線上，B在該焓值

9、線與 線的交點上，亦在 與 線的交點上。A點在t線與該焓值線的交點上。嚴格來說，A與B點并不完全在一條等焓線上，因為水在蒸發(fā)時，還帶給B點空氣一部分液體熱，即水的濕熱。 亦即： 但由于水的汽化潛熱 ，近似認為在一條等焓線上。濕球溫度的表示例：已知干球溫度為t=20。濕球溫度ts=15,試根據(jù)h-d圖確定空氣狀態(tài)。（1）首先由ts=15作等溫線與 =100%線相交于點；（2）過點作等焓線與t=20的等溫線相于A點即是。 濕球溫度例 題二、濕空氣的基本熱力過程 濕空氣中，隨著溫度和壓力的變化，水蒸汽含量、空氣的狀態(tài)等也會發(fā)生變化，用焓濕圖分析是很方便和重要的。在空調(diào)工程中，尤其如此，對汽車內(nèi)的空氣

10、調(diào)節(jié)也如此。1. 加熱（和冷卻）過程 采暖和空調(diào)是典型的加熱和冷卻過程，過程的顯著特征是焓濕不變，溫度發(fā)生變化，沿定d線進行。加熱過程，溫度上升，焓增加，相對濕度減?。ㄑ?2）過程；冷卻過程（12）。對單位質(zhì)量干空氣而言，吸收或放出的熱量為： 2. 冷卻去濕過程 降溫除濕去濕過程是典型的冷卻去濕過程（蒸發(fā)器盤管出水及結(jié)露；下雨過程；南上的濕熱空氣與北下的冷空氣交匯形成雨，濕熱空氣上升冷卻形成雨），當溫度降到露點之下時，有水析出。 原來是處在過熱狀態(tài)，達到飽和后再降溫將使含濕量減少。 析出的水量： 放熱量： 3. 絕熱加濕過程 物品的干燥、噴水加濕過程是絕熱加濕過程，一般情況下，水分蒸發(fā)所吸收的

11、潛熱完全空氣自身，與外界沒有熱量交換，稱為絕熱加濕。加濕后空氣的溫度要降低，所以過程又稱：蒸發(fā)冷卻過程。能量平衡方程是： 總是很小的 （可以認為是等焓過程）過程線在定h線上變化，向溫度降低的方向進行 （ 增大）。 另外還有一些加熱加濕過程，等溫加濕過程（噴等溫蒸汽）。第五節(jié) 兩種不同狀態(tài)空氣的混合過程 空氣的混合過程在空調(diào)中是常見的，比如，加入新風的過程就是混合過程。干燥除濕過程，也是空氣的混合過程。設(shè)流量為 ( )的空氣與流量 ( )的空氣混合，混合后狀態(tài)為C點. A點狀態(tài) ( ) A ( , ) B點狀態(tài) ( ) B ( , )空氣的混合過程 根據(jù)熱平衡和濕平衡，可以列出下面方程 (混合后總焓=A、B焓之和) (混合后總濕等于混合前濕之和) (據(jù)質(zhì)量守恒定律)上式兩邊除上 ，得：移項并整理： 或 變化得： 在焓圖上，BC直線的斜率為：CA直線的斜率為： 兩條直線的斜率相等，而且有一個公共點C，說明A、B、C三點在同一條直線上。兩直角三角形相似，根據(jù)相似原理： 即兩段直線長度之比，等于質(zhì)量流量之比，靠近質(zhì)量流量大的一邊。因此，只要知道了兩股混合空氣的質(zhì)量流量和它們的狀態(tài)參數(shù)，既可很快確定它們混合后的狀態(tài)。當然，也可據(jù)此計算出混合后的