工程熱力學(xué)-濕空氣

..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：等壓降溫等溫加壓露點(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)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：0<<1。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、濕球溫度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)自兩部分：降低濕布上水分本身的溫度而放出熱量。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。8．2濕空氣的焓濕圖一、定焓線與定含濕量線二、定干球溫度線三、定相對(duì)濕度線四、水蒸汽分壓力線五、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,這一條直線具有一定的斜率,稱為熱濕比。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ε在h-d圖上反映了過(guò)程線1-2的傾斜度,也稱角系數(shù)。8．3濕空氣的基本熱力過(guò)程加熱過(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>冷卻過(guò)程〔負(fù)值kJ/kg<a>若等含濕量冷卻絕熱加濕過(guò)程每kg干空氣吸收水蒸汽：g/kg<a>定溫加濕過(guò)程kJ/kg<a>五、濕空氣的混合混合后的狀態(tài)點(diǎn)：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>,由定線與=1線的交點(diǎn)4,查得=26.4kJ/kg<a>,=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>的定濕線進(jìn)行到與=1線的交點(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<臨界線>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。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=-8.6g/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=0.0105kg/〔kg/kg<a>,露點(diǎn)td=14.6℃,相對(duì)溫度=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℃,1=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。解：按給定參數(shù)和過(guò)程在h—d圖上查出狀態(tài)點(diǎn)1、2、3的有關(guān)參數(shù),根據(jù)t1、1查得d1=0.0274kg/<kg干空氣>h1=105kJ/<kg干空氣>根據(jù)t3、3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,由盤管供給空氣的熱量應(yīng)為：由質(zhì)量平衡根據(jù)t1=12℃,j1=25%,從h－d圖上查得空氣的初參數(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?！鄰馁|(zhì)量平衡的關(guān)系式求得：∴加熱盤管的供熱量為：〔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=0.423kg/min,h2=50.4kJ/kg加熱盤管的加熱量為：〔3絕熱加濕過(guò)程絕熱加濕過(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)象稱為結(jié)露,其溫度為露點(diǎn),即水蒸汽分壓力相對(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),可劃分這兩類濕空氣。<3>濕空氣的干球溫度和濕球溫度：濕空氣的溫度稱為干球溫度,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)？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)？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>*〔50-45k=21x

3219.36kj=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13000×1.2×1.003×A=3562×3600A=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,通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準(zhǔn),稱作比焓。工程中簡(jiǎn)稱為焓,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。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?；空氣的比焓減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+1.84dt+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>2500—

0℃時(shí)水的汽化潛熱kj/kg由上式可以看出：〔1.01+1.84dt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