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文檔簡介

1食工原理復(fù)習(xí)資料單元操作:不同食品的生產(chǎn)過程使用各種物理加工過程,依據(jù)物理加工過程的各種操縱原理,可以歸結(jié)為數(shù)個廣泛的根本過程,這些根本過程稱為單元操作。特點:假設(shè)干個單元操作串聯(lián)起來組成的一個工藝過程稱為物理性操作。同一食品生產(chǎn)過程中可能會包含多個一樣的單元操作。單元操作用于不同的生產(chǎn)過程其根本原理一樣,進展該操作的設(shè)備也可通用。三傳理論:單元操作按其理論根底可分為三類:流體流淌過程,傳熱過程,傳質(zhì)過程,以上三個過程包含三個理論,稱為三傳理論〔動量傳遞,熱量傳遞,質(zhì)量傳遞。物料衡算:依據(jù)質(zhì)量守恒定律,以生產(chǎn)過程中或生產(chǎn)單元為爭論對象,對其進出口處進展定量計算,稱為物料衡算。第一章流體流淌與輸送設(shè)備流體:具有流淌性的物體。如氣體,液體。特征:具有流淌性;抗剪和抗張力量很??;無固定外形,隨容器外形而變化;在外力作用下其內(nèi)部發(fā)生相對運動。密度:單位體積流體的質(zhì)量,稱為流體的密度fp,T)壓力:流體垂直作用于單位面積上的力,稱為流體的靜壓強,又稱為壓力。在靜止流體中,作用于任意點不同方向上的壓力在數(shù)值上均一樣。壓力的單位:按壓力的定義,其單位為N/m2,或Pa;以流體柱高度表示,如用米水柱或毫米汞柱等。標準大氣壓的換算關(guān)系:1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O壓力的表示方法:表壓=確定壓力-大氣壓力;真空度=大氣壓力-確定壓力靜力學(xué)根本方程:壓力形式 p2

pg(z1

z)2能量形式

p zgp2zg1 1 21適用條件:在重力場中靜止、連續(xù)的同種不行壓縮流體。在重力場中,靜止流體內(nèi)部任一點的靜壓力與該點所在的垂直位置及流體的密度有關(guān),而與該點所在的水平位置及容器的外形無關(guān)。在靜止的、連續(xù)的同種液體內(nèi),處于同一水平面上各點的壓力處處相等。液面上方壓力變化時,液體內(nèi)部各點的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。其次節(jié) 流體動力學(xué)SV:單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積,m3/sm3/h。mS:單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量,kg/skg/h。u:單位時間內(nèi)流體在流淌方向上所流經(jīng)的距離,m/s。S質(zhì)量流速Gkg〔相互關(guān)系:U=V/A;G=ρV=ρAU內(nèi)摩擦力:運動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間由于分子運動而產(chǎn)生相互作用,稱為流體的內(nèi)摩擦力或粘滯力。剪應(yīng)力〔內(nèi)摩擦力t=F/Aμuδ定態(tài)(穩(wěn)定)流淌與非定態(tài)〔不穩(wěn)定〕流淌:流體流淌系統(tǒng)中,假設(shè)各截面上的溫度、壓力、流速等物理量僅隨位置變化,而不隨時間變化,這種流淌稱之為定態(tài)流淌;假設(shè)流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置變化,也隨時間變化,則稱為非定態(tài)流淌。m m muAuA 常數(shù)S2常數(shù)1 1 12 2 2ρ=常數(shù)〔不行壓縮流體〕V VuAuA 常數(shù)S1S2常數(shù)1 12 2圓管udud2ud2常數(shù)1 1 2 2

機械能守恒——柏努利方程的柏努利方程以單位質(zhì)量流體為基準:zg1

1u2u2 1

p W1 1

12z2g2u22

2WpfpJ/kg以單位重量流體為基準:1z u2

pp Hp

1z

2 2 h11 2g 1 1

e 2 2g 2 g fJ/N=m〕兩截面間流體連續(xù)穩(wěn)定流淌〔〕適于不行壓縮流體,如液體;m對于氣體,當p1p220,可用兩截面的平均密度ρmp

計算。1二、抱負流體的柏努利方程抱負流體是指沒有黏性〔即流淌中沒有摩擦阻力〕的不行壓縮流體。1 p 1 p22z1g2u122

1z2

g2u2

21 pz u2 1z

1 p u2 21 2g 1 g 2 2g 2 g說明抱負流體在流淌過程中任意截面上總機械能、總壓頭為常數(shù),三、柏努利方程的爭論當系統(tǒng)中的流體處于靜止時,柏努利方程變?yōu)?zgp zgp211 2 上式即為流體靜力學(xué)根本方程式。1在柏努利方程式中,zg2u2、

p分別表示單位質(zhì)量流體在某截面上所具有的位能、動能和靜壓能;而We、ΣWf是指單位質(zhì)量流體在兩截面間獲得或消耗的能量。輸送機械的有效功率: Pe

mWs ee輸送機械的軸功率: PPe

=W*質(zhì)量流量/效率第三節(jié)管內(nèi)流體流淌現(xiàn)象1-3-1流體的黏度一、牛頓黏性定律牛頓黏性定律說明流體在流淌中流體層間的內(nèi)摩擦力或剪應(yīng)力與法向速度梯度之間的關(guān)系,其表達式為FA

d.

d.dy dy牛頓黏性定律適用于層流。黏度是度量流體黏性大小的物理量,一般由試驗測定。物理意義:促使流體在與流淌相垂直方向上產(chǎn)生單位速度梯度時的剪應(yīng)力。單 位:Pa·s,cP 1cP=10-3Pa·s影響因素:溫度與壓力。液體:T↑,μp的影響。氣體:T↑,μp的影響。剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓黏性定律的流體,稱為牛頓型流體;不符合牛頓黏性定律的流體稱為非牛頓型流體。運動黏度為黏度μ與密度ρ的比值,單位為m2/s,也是流體的物理性質(zhì)。一、流體流淌類型層流〔或滯流:向前流淌,質(zhì)點之間互不混合;湍流〔或紊流:在大小和方向上都隨時發(fā)生變化,質(zhì)點相互碰撞和混合。二、流型判據(jù)——雷諾準數(shù)Redu

〔1-28〕Re為無因次準數(shù),是流體流淌類型的判據(jù)。Re≤2023時,流淌為層流,此區(qū)稱為層流區(qū);Re≥4000時,一般消滅湍流,此區(qū)稱為湍流區(qū);2023<Re<4000時,流淌可能是層流,也可能是湍流,該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。依據(jù)Re準數(shù)的大小將流淌分為三個區(qū)域:層流區(qū)、過渡區(qū)、湍流區(qū),但流淌類型只有兩種:層流與湍流。雷諾準數(shù)物理意義:表示流體流淌中慣性力與黏性力的比照關(guān)系,反映流體流淌的湍動程度。

第四節(jié)流體流淌阻力1-4-1流體在直管中的流淌阻力一、直管阻力的通式范寧公式的幾種形式:lu2f能量損失 W d 2f壓頭損失 h

f

lu2Wf g d2gW壓力損失

p Wf

lu2d 2二、層流時的摩擦系數(shù)層流時摩擦系數(shù)λRe的函數(shù)64Re流體在直管內(nèi)層流流淌時能量損失的計算式為32luWf d2或 pf

32lu ——哈根-泊謖葉方程d2說明層流時阻力與速度的一次方成正比。三、湍流時的摩擦系數(shù)湍流時摩擦系數(shù)λRe和相對粗糙度

的函數(shù):d(Re , )dλ-Re- 圖:d〔1〕層流區(qū) Re<2023 λ=64/Re,與d

無關(guān) Wf,hf∝u1〔2〕過渡區(qū) 2023<Re<4000 λ=f〔Re,〕d湍流區(qū) Re>4000 λ=f〔Re,d

〕 Wf,hf∝u1~2完全湍流區(qū) Re>Rec λ=f〔d(阻力平方區(qū)) 1-4-2局部阻力一、阻力系數(shù)法將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù),

〕與Re無關(guān) Wf,hf∝u2u2 u2W” 或 h”f 2 f 2g式中,ζ稱為局部阻力系數(shù),一般由試驗測定。留意,計算突然擴大與突然縮小局部阻力時,u為小管中的大速度。進口阻力系數(shù)進口

0.5,出口阻力系數(shù)出口

1。二、當量長度法將流體流過管件或閥門的局部阻力,折合成直徑一樣、長度為l的直管所產(chǎn)生的阻力即e2W”leu2

或 h”

leu2f d 2 f d2g2式中l(wèi)稱為管件或閥門的當量長度,也是由試驗測定。e1-4-3流體在管路中的總阻力當管路直徑一樣時,總阻力: l u2W W W” f或 W

f fW

d 22lleu2f f f d 2留意:計算局部阻力時,可用局部阻力系數(shù)法,亦可用當量長度法,但不能用兩種方法重復(fù)計算。

第七節(jié) 流體輸送設(shè)備離心泵氣縛現(xiàn)象:離心泵啟動前泵殼和吸入管路中沒有布滿液體,則泵殼內(nèi)存有空氣,而空氣的密度又遠小于液體的密度,故產(chǎn)生的離心力很小,因而葉輪中心處所形成的低壓缺乏以將貯槽內(nèi)液體吸入泵內(nèi),此時雖啟動離心泵,也不能輸送液體,此種現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象,說明離心泵無自吸力量。因此,離心泵在啟動前必需灌泵。2.離心泵的主要部件葉輪泵殼軸封裝置二、離心泵的性能參數(shù)與特性曲線性能參數(shù)流量Q 離心泵單位時間內(nèi)輸送到管路系統(tǒng)的液體體積,m3/s或m3/h。壓頭〔揚程〕H 單位重量的液體經(jīng)離心泵后所獲得的有效能量,J/N或m液柱。效率η反映泵內(nèi)能量損失,主要有容積損失、水力損失、機械損失。軸功率P 離心泵的軸功率是指由電機輸入離心泵泵軸的功率,W或kW。離心泵的有效功率Pe是指液體實際上從離心泵所獲得的功率。Pe100%P泵的有效功率: Pe

QHg 或 Pe

QH102泵的軸功率為 P

QHg

或 PQH102特性曲線20℃水測定,由H-Q、P-Q、η-Q三條曲線組成?!?〕H-Q曲線:離心泵的壓頭在較大流量范圍內(nèi)隨流量的增大而減小。不同型號的離心泵,H-Q曲線的外形有所不同?!?〕P-Q曲線:離心泵的軸功率隨流量的增大而增大,當流量Q=0時,泵軸消耗的功率動功率最小,以保護電機?!?〕-Q曲線:開頭泵的效率隨流量的增

WP P點,該點稱為離心泵的設(shè)計點。一般離心泵出廠時銘牌上標注的性能參數(shù)均為最高效率點下92%左右的區(qū)域。影響離心泵性能的主要因素密度:ρ↑→Q不變,H不變,η根本不變,P↑;黏度:μ↑→Q↓,H↓,η↓,P↑;轉(zhuǎn)速:比例定律

Q n H;1 1 ;

n P n( 1)2; 1( 1)3Q n H2 2 2

n P n2 2 2葉輪直徑:切割定律

Q D H;1 1 ;

D P D ( 1)2; 1 ( 1 Q D H2 2 2

D P D2 2 2三、離心泵的工作點與流量調(diào)整管路特性曲線輸送機械的能量要求。管路特性方程 H ABQ2e

H管路特性曲線其中 Azp,B

8 lle

H~QMg 2g d57

HMH~Qe

泵特性曲線Q QM10管路特性曲線僅與管路的布局及操作條件有關(guān),而與泵的性能無關(guān)。曲線的截距A與兩貯槽間液位差z及操作壓力差pB與管路的阻力狀況有關(guān)。高阻力管路系統(tǒng)的特性曲線較陡峭,低阻力管路系統(tǒng)的特性曲線較平坦。工作點H-QHe-Q的交點稱為離心泵的工作點。假設(shè)該點所對應(yīng)的效率在離心泵的高效率區(qū),則該工作點是適宜的。工作點所對應(yīng)的流量與壓頭,可利用圖解法求取,也可由管路特性方程: H f(Q)e泵特性方程: H(Q)聯(lián)立求解。流量調(diào)整轉(zhuǎn)變管路特性曲線最簡潔的調(diào)整方法是在離心泵排出管線上安裝調(diào)整閥。轉(zhuǎn)變閥門的開度,就是轉(zhuǎn)變管路的阻力狀況,從而使管路特性曲線發(fā)生變化。這種轉(zhuǎn)變出口閥門開度調(diào)整流量的方法,操作簡便、敏捷,流量可以連續(xù)變化,故應(yīng)用較廣,尤其適用于調(diào)整幅度不大,而常常需要轉(zhuǎn)變流量的場合。但當閥門關(guān)小時,不僅增加了管路的阻力,使增大的壓頭用于消耗閥門的附加阻力上,且使泵在低效率下工作,經(jīng)濟上不合理。轉(zhuǎn)變泵特性曲線通過轉(zhuǎn)變泵的轉(zhuǎn)速或直徑轉(zhuǎn)變泵的性能。由于切削葉輪為一次性調(diào)整,因而通常承受轉(zhuǎn)變泵的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)流量調(diào)整。這種調(diào)整方法,不額外增加阻力,且在肯定范圍內(nèi)可保持泵在高效率下工作,能量利用率高。四、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度1.汽蝕現(xiàn)象氣泡在高壓作用下,快速分散或裂開產(chǎn)生壓力極大、頻率極高的沖擊,泵體猛烈振動并發(fā)出噪聲,液體流量、壓頭〔出口壓力〕及效率明顯下降。這種現(xiàn)象稱為離心泵的汽蝕。3.離心泵的允許安裝高度離心泵的允許安裝高度是指貯槽液面與泵的吸入口之間所允許的垂直距離。p pH 0 g允 g

u2h12g f011H p0g允

g 允

hf01依據(jù)離心泵樣本中供給的允許汽蝕余量(NPSH)0.5~1m。

,即可確定離心泵的允許安裝高度。允推斷安裝是否適宜:假設(shè)H 低于H ,則說明安裝適宜,不會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象,否則,需g實 g允調(diào)整安裝高度。欲提高泵的允許安裝高度,必需設(shè)法減小吸入管路的阻力。泵在安裝時,應(yīng)選用較大的吸入管路,管路盡可能地短,削減吸入管路的彎頭、閥門等管件,而將調(diào)整閥安裝在排出管線上。離心泵的類型〔〔油泵〔〕屏蔽泵離心泵的選用〔1〕確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭〔〕選擇離心泵的類型與型號〔3〕的軸功率其它類型化工用泵一、往復(fù)式泵1.往復(fù)泵〔1〕往復(fù)泵的構(gòu)造及工作原理主要部件:泵缸、活塞、活塞桿、吸入閥和排出閥。工作原理:依靠活塞的往復(fù)運動,吸入并排出液體。往復(fù)泵的流量與壓頭單動泵流量 Q ASnT當活塞直徑、沖程及往復(fù)次數(shù)肯定時,往復(fù)泵的理論流量為肯定值。往復(fù)泵的壓頭與泵的幾何尺寸無關(guān),與流量也無關(guān)。往復(fù)泵具有正位移特性,即流量僅與泵特性有關(guān),而供給的壓頭只取決于管路狀況?!?〕往復(fù)泵的流量調(diào)整多承受旁路調(diào)整或轉(zhuǎn)變活塞沖程或往復(fù)次數(shù)。往復(fù)泵適用于輸送小流量、高壓頭、高黏度的液體,但不適于輸送腐蝕性液體及有固體顆粒的懸浮液。旋轉(zhuǎn)泵與往復(fù)泵一樣,也具有正位移特性,因此也承受旁路調(diào)整或轉(zhuǎn)變旋轉(zhuǎn)泵的轉(zhuǎn)速,以達調(diào)整流量的目的。pT是指單位體積的氣體流經(jīng)通風機后獲得的能量,J/m3Pa。其次章非均相物系分別將兩相分別。操作方式分為兩種:沉降分別 顆粒相對于流體〔靜止或運動〕運動的過程稱沉降分別。分為重力沉降、離心沉降。過濾 流體相對于固體顆粒床層運動而實現(xiàn)固液分別的過程稱過濾。第三章傳熱第一節(jié)概述1-1傳熱的根本方式熱傳遞三種根本方式:傳導(dǎo)、對流和輻射。傳導(dǎo)是物體中溫度較高局部分子,通過碰撞或振動將熱能以動能形式傳給相鄰溫度較低局部的分子,這種物體內(nèi)分子不發(fā)生宏觀位移的傳熱方式。對流是流體之間的宏觀相對位移所產(chǎn)生的對流運動,將熱量由空間中一處傳到他處的現(xiàn)象。輻射是一種以電磁波傳遞熱量的方式。工業(yè)的換熱方法:間壁式換熱、混合式換熱和蓄熱式換熱。1-2穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱穩(wěn)定傳熱假設(shè)傳熱系統(tǒng)中各點的溫度僅隨位置變而不隨時間變,則此傳熱過程為穩(wěn)定傳熱。不穩(wěn)定傳熱假設(shè)傳熱系統(tǒng)中各點的溫度既隨位置變又隨時間而變,則此傳熱過程為不穩(wěn)定傳熱。

其次節(jié)熱傳導(dǎo)2-1熱傳導(dǎo)的根本概念和付立葉定律付立葉定律∶tn式中負號表示熱流體方向與溫度梯度方向相反,即熱量從高溫傳向低溫。2-2導(dǎo)熱系數(shù)付立葉定律中的比例系數(shù) d ,其值等于溫度梯度下的熱通量。因此,λ值表示dStn了物質(zhì)導(dǎo)熱力量的大小,是表征物質(zhì)導(dǎo)熱性能的參數(shù),稱為導(dǎo)熱系數(shù)。第三節(jié)對流傳熱對流傳熱速率方程流體與壁面間的對流傳熱速率由牛頓冷卻定律表達式:TTdQ

w(TT1

)dSdS對流傳熱系數(shù)和傳熱面積以及溫度差相對應(yīng)。Q(TT )Sw iQ(t t)Sw 0第四節(jié)傳熱計算4-2總傳熱速率方程冷、熱流體通過間壁的傳熱過程是熱流體與壁面的對流傳熱,壁內(nèi)的導(dǎo)熱和另一側(cè)壁面與冷流體的對流傳熱三個環(huán)節(jié)的串聯(lián)過程。對于穩(wěn)定傳熱過程,冷、熱流體間的傳熱速率:4-3平均溫度差恒溫傳熱:t Ttm變溫傳熱:逆流或并流t m

t t12t12ln 2t111當 ≤2時t m

t t2 124-4總傳熱系數(shù)外外表為基準的總傳熱系數(shù)計算式為:1 d bd 1 d 0 0 R 0RK0熱面積

d d i i m

sid s0i傳熱面積S dLn0 0式中:So-—換熱器傳熱的外外表積,L-—換熱器管長,n-—換熱器的管子根數(shù)。5-1影響對流傳熱系數(shù)的因數(shù)⑴流體物性,主要是比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、密度和黏度;⑵流體的流淌狀態(tài);⑶流淌的緣由是強制對流還是流體自然對流;⑷傳熱面的外形、位置和大?。虎蓚鳠徇^程中有無相態(tài)變化5-3流體有相變時對流傳熱系數(shù)蒸氣在管外膜狀冷凝的傳熱系數(shù)飽和蒸氣在垂直管或垂直板上膜狀冷凝2g3Re<1800

)1/4Re>1800 0.0077( )1/3Re0.42特征尺寸取垂直管長或板的高度s定性溫度蒸氣冷凝潛熱r取飽和溫度ts

下的值,其余物性取液膜平均溫度12t t t/2下的值。m w s蒸氣在水平管外冷凝第六節(jié)輻射傳熱6-1黑體、鏡體、透熱體和灰體的概念1.黑體:能全部吸取輻射能的物體,其吸取率A=1。黑體又稱為確定黑體。2.鏡體:又稱確定白體,是指能全部反射輻射能,即反射率R=1的物體。3.透熱體:能透過全部輻射能,即透過全部輻射能,即透過率D=1的物體。4.灰體:能以一樣的吸取率且局部地吸取由零到∞全部波長范圍的輻射能物體。6-2斯蒂芬-波爾茨曼定律1.E〔W/。2.黑體的輻射力量的表達式-斯蒂芬-波爾茨曼定律:6-3灰體的輻射力量及黑度1.黑度:εE與同溫度下黑體輻射力量之比。即E可由下式表達各種類型的換熱器:套管式換熱器,夾套式換熱器,板式換熱器3.傳熱過程的強化途徑(1)增大傳熱面積;增大換熱器單位體積的傳熱面積。(2)增大平均傳熱溫差。平均溫差的大小取決于兩流體的溫度和流淌方式,承受逆流操作可獲得較大的傳熱溫差。(3)增大總傳熱系數(shù)。提高K值必需削減各項熱阻。削減熱阻的方法有:提高對流傳熱系數(shù)〔加大流速;防止結(jié)垢或準時去除垢層等。熱補償方式:浮頭補償,補償圈補償,U形管補償。1315第四章蒸發(fā)蒸發(fā)操作主要用于提高溶質(zhì)的濃度;濃縮溶液和回收溶劑;獲得純潔的溶劑等。蒸發(fā)操作:是將溶液加熱至沸點,使其中揮發(fā)性溶劑與不揮發(fā)性溶質(zhì)的分別過程。蒸發(fā)操作進展的條件:是供給溶劑汽化所需的熱量,并將產(chǎn)生的蒸氣準時排解。蒸發(fā)器的加熱室通常承受間壁式換熱器,其兩側(cè)為恒溫。蒸發(fā)過程的特點是〔與傳熱相比較:因溶液沸點上升等因素會引起溫度差損失;因蒸發(fā)過程耗熱量很大,所以應(yīng)充分考慮熱能利用;發(fā)器。三、蒸發(fā)操作的分類可按蒸發(fā)模式、按操作條件〔壓力〕及效數(shù)等進展分類。一、單效蒸發(fā)流程蒸發(fā)器由加熱器和蒸發(fā)室組成,此外還需除沫器、冷凝器等。〔2〕總傳熱系數(shù)K確實定蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)可按下式計算K 1i

Ri

1b 1R 0 0承受多效蒸發(fā)的目的是為了削減穎蒸氣用量,具體方法是將前一效的二次蒸氣作為后一效的加熱蒸氣。多效蒸發(fā):假設(shè)將二次蒸汽通道另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸汽,則可提高加熱蒸汽的利用率,這種串聯(lián)蒸發(fā)操作叫多效蒸發(fā)。1.并流流程2.逆流流程3.平流流程膜分別過程:超濾,反滲透,微濾,電滲析。第七章枯燥一、枯燥過程的分類及應(yīng)用1、物料的枯燥:機械去濕法物理去濕法枯燥方法:傳導(dǎo)枯燥:熱能以傳導(dǎo)的方式傳給濕物料;對流枯燥:熱能以對流方式由熱氣體傳給與其直接接觸的濕物料;輻射枯燥:熱能以電磁波的形式由輻射器放射;介電加熱枯燥:由高頻電場的交變作用使物料加熱而到達枯燥的目的。其次節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖一、濕空氣的性質(zhì)濕空氣的狀態(tài)參數(shù)〔以單位質(zhì)量的干空氣為基準〕H:kg/kg干空氣H0.622nvnaH0.622 p

p0.622 sH:s

Pp P pspH 0.622s

sPps是總壓和溫度的函數(shù)。ppp

v100%(pss

p) v100%(pp 濕空氣比容νh:

p) (0.7731.244H)273t m3/kgh 273

干空氣c:c

=1.01+1.88Hkg/kg ℃H H 干空氣I:I=(1.01+1.88H)t+2490Htas:vtastcas(HasH)Ht:w用一般溫度計測得的濕空氣的溫度,為濕空氣的真實溫度。濕球溫度t :wk rt t Hw(H

H)w wd露點t

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