第8章 湿空气

第八章湿空气第一节湿空气的性质1.定义：含有水蒸气的空气叫湿空气；空气中除水蒸气以外的气体称为干空气。如CO2、N2、O2等。③在空调工程中P=B。一、湿空气的定义及特点用途：《空气调节》课程的基础，也是物料干燥工业的基础。2.特点：①可视作理想气体处理，因此，所有理想气体的公式本章均适用。②湿空气的总压力P=Pa+Pv。（问：T相同的饱和湿空气与非饱和湿空气中，哪种情况水蒸气的分压力PV高？）二、饱和空气与未饱和空气1.饱和空气——由饱和水蒸气与干空气组成的湿空气。显然，饱和空气中水蒸气的分压力可通过饱和空气的温度在饱和水蒸气表中查出。2.未饱和空气——由过热水蒸气与干空气组成的湿空气。显然，未饱和湿空气中的水蒸气分压力低于该温度对应的饱和水蒸气的压力。可通过对未饱和空气在等温下喷水蒸汽来获得饱和空气。vpCabd等温加湿到饱和线获得饱和空气等压冷却到饱和温度——露点3.露点温度td——将未饱和空气进行等压降温到饱和空气状态时温度。＊冬季有时外窗玻璃内表面有一层水滴，原因是玻璃窗内表面的温度低于室内空气对应的露点温度，从而产生了凝结水。4.湿球温度tw——将未饱和空气进行等焓降温到饱和空气状态时的温度。＊冬季在室外温度接近0℃但高于0℃的环境中晾衣服会结冰，原因就是衣服表面的温度等于湿球温度（低于干球温度）却低于0℃的原因。三、湿空气的分子量及气体常数1、干空气的气体常数为83148314287J/kg.k28.92aaRM2、水蒸气的气体常数为83148314461J/kg.k18.02vvRM3、湿空气的气体常数为MR8314其中Ｍ可由水蒸气的分压力确定，见下式aavVMrMrM()vaVaPMMMBvPMR可见，aVavPPMMBBVvaVBPPMMBB28.97(18.0228.92)vPB28.9710.9vPBTRPVmVvvvTRPVmvsvsvvssPP四、绝对湿度与相对湿度1.绝对湿度（ρv）：1m3湿空气中含有水蒸气的质量。显然在量上相当于水蒸气的密度。2.饱和绝对湿度(ρs)：在一定温度下,1m3饱和湿空气中含有水蒸气的质量。3.相对湿度（）：在一定温度下，湿空气的绝对湿度与对应的饱和绝对湿度的比值。（０１）显然：反映湿空气的吸湿能力小即吸湿能力强。暑期ψ=0.75~0.9冬季ψ=０.4~0.5avmmdTRmVPaaaTRmVPvvv.1000vaavPRPR622vaPP),(vPBfd由及得∴五、含湿量：含有一千克干空气的湿空气中水蒸气的质量（用克表示）vamdm287.1000461vaPP622ssPBP622vvPBP问题：如一千克湿空气中含有m克水蒸气，问此湿空气的含湿量d是多少？六、饱和度（D):湿空气的含湿量与同温度下饱和湿空气的含湿量的比值。即：622.()622vvsssvsPBPBPdDPdBPBPvammmVVvvvaPBPRTRT287aR461vRTPTBs001315.0287将，代入得显然，当B,T为常数时，七、湿空气的密度（ρ）va11()saavPBRTRRT2）同一地区，雨天的B比晴天小，为何？解释现象：1）同一地区，冬天的大气压力高于夏天？25011.85vhtdtth001.0)85.12501(01.1八、焓：含有1千克干空气的湿空气所具有的焓。即：h=ha+0.001d.hvkJ/kg(a)1.01aphctt规定：则：0℃的干空气ha=00℃的水h’=0式中：九、湿球温度tw（热力学湿球温度tw*）h2d2tw*2进入含一千克干空气的湿空气，且含湿量为d1，焓为h1，经历漫长的吸湿过程，最终在出口湿度为d2状态为饱和湿空气，温度为tw*，过程对外绝热。h1d1t11水槽1h3h2h312310)(ddtchwp由于(d2-d1)×10-3很小所以h1≈h2热力学湿球温度(tW*)是湿空气在等焓降温达到饱和空气状态时的温度。由开口系能量方程得：h1+h3=h2h3=cptw(d2-d1)×10-3其中工程上可采用外裹湿纱布的普通温度计测量空气的湿球温度tW。作业：8—4，8—5，8—6自学例题8—1第二节湿空气的焓-湿图要求：熟练掌握h-d图的使用。掌握冷却塔内进行的热湿过程。d,pv是否独立参数？一、h,d,,pv,t,td,tw,φ=1,φ=0的位置及其含义问题：已知t,td,tw中的两个，如何利用h-d图确定湿空气的状态点，并求其它参数？注意：(h2-h1)是湿空气的焓变化，在空调设计中是求出余热量Q及余湿量W之后，求ε以此确定送风点所在的过程线。(kJ/kg)二、热湿比（ε）的含义(有时称角系数)dhddhh100010002212,,,121212hhtt结果：三、湿空气的基本热力过程1、加热过程b)冷源温度低于湿空气露点温度td，即1-2’或1-2”过程，此时：a)冷源温度高于湿空气露点温度td，即1-2过程，此时：2、冷却过程h2d1122'tt,,,dth,,,dth不变通常情况下是1-2’过程如果冷媒与湿空气充分接触则进行1-2”过程，,,,dth在绝热的条件下，湿空气吸收水分，其含湿量增加的过程，称为湿空气的绝热加湿过程。3、绝热加湿过程（喷水）h1=h2,d2d1,t2t1,φ2φ1,ε=0因为水分蒸发带入的能量0.001(d2－d1)hL与湿空气的焓h1、h2相比很小，可忽略不计，即h2≈h1。即认为是等焓过程。绝热加湿过程中，单位质量干空气的湿空气吸收的水分为d2－d1，湿空气的焓增为水分带入的能量，即：h2-h1=0.001(d2-d1)hL式中：hL为水的焓。4.等温加湿（喷蒸汽）对于含有1千克干空气的湿空气，当其含湿量d1→d2时，喷入的水蒸气的质量为：(d2-d1)×10-3。则此过程中的热湿比为：21211000vhhhdd查表知：0.1MPa的饱和水蒸气的焓为：hv=2676。而热湿比为ε=2676的线在焓湿图中与等温线几乎平行。所以喷水蒸气加湿的过程称之为等温加湿过程。喷入的水蒸气的焓(也是湿空气的焓增）为：h2-h1=(d2-d1)×10-3hv热湿平衡方程为：5.湿空气的混合过程310⑥式说明：混合点c与两股气流状态点组成的两个热力过程具有相同的热湿比ε，即两过程在同一条直线上。112212aaaacmhmhmmh112212aaaacmdmdmmd①②上式变形为：11221122()()()()acacacacmhhmhhmddmdd③④121221ddddhhhhmmccccaa由③④得：⑤2121cccchhhhdddd由式⑤及热湿比的定义知：⑥由⑤式，结合右图知：12.2.121accamddcddcm12...1.2aamcmc显然，混合点位于两股气流状态点的连线上。其数值符合杠杆原理。例8—4P154例8—5P154故⑦1cdh21ddccdd2由①②式，还可以得到：212121aaaacmmhmhmh212121aaaacmmdmdmd6.冷却塔中的热湿交换过程4wh3wt4wt4wm1h1t1d2h2t2d3wh3wm1.原理：空气流过时，吸收部分水蒸气，汽化热来源于被冷却的水，从而使水的温度降低。3341212,,,,,,()()()10已知：求：解：能量方程为：213344()a①质量平衡方程为：32134()10awwmddmm②则①-②×hw4整理得：1.干空气的质量流量：1.干空气的质量流量；2.蒸发量；3.风扇风量；4.百叶风口31210)(ddmma)101(32dmLa)101('31dmLa3.风扇风量（质量流量）4.百叶风口（质量流量）2.蒸发量1）冷却水能降到的温度，其极限值为大气对应的湿球温度tw，因此环境温度为40℃时，仍可使水降到40℃以下。2）冷却水系统的蒸发量大约为循环量的2%3）水系统的补水量大于冷却水塔的蒸发量作业8—5，8—9，8—12，8—13，8—14常识:问题？1.已知td，tw及B，求φ的方法：（不能用h—d图)2.已知td，t，B求φ（不能用h—d图)。3.已知tw，t，B求φ（不能用h—d图)。夏季全空气空调系统简介冷却塔冷水机组组合式空调器空调房间xLhLC050C060C027C032C07C012全空气系统原理图pL25℃18℃25℃25℃35℃夏季全空气空调系统热湿负荷的设计简介一、已知条件室内温度tN，室外温度tw室内相对湿度φN,室外相对湿度φW二、设计步骤1.求余热由围护结构，灯光，设备，人体等组成Q(kW)2.求余湿由设备，人体，散湿组成。W(kg/s)3.求新鲜空气量Lx(m3/s),Lx=nL4.求热湿比5.查手册得送风温差7℃6.求送风量Lsma(hN-hs)=QWQ().asNsmQLhh(这里认为湿空气量与干空气量相等)7.求回风量8.求混合点mh(hc-hN)=mw(hw-hc)→hc9.定设备露点：S点做垂线与φ=0.95线交于L10.求制冷设备的制冷量L=ms(hc-hL)由QL及Ls即可确定空调设备的制冷量及进风量，以此选择空调设备；同时由QL确定冷水机组的制冷量11.求加热量：Qr=ms(hs-hL)由Qr确定加热器的加热量Lh=Ls-Lx,以此得到mh及mw其中：ms=mh+mwdWNCLhSΨ=0.95Ψ=1.01）热显负荷计算2）水力计算3）设备选型4）室内设备及风口，管路布置作业：8-8、8-12例1已知安装冷却塔的环境中，湿空气的干球温度为20℃、相对湿度为0.6，冷却塔风扇出口为30℃的饱和湿空气，如果冷却塔进、出口水的温度分别为35℃和20℃，冷却水塔进口水流量为20吨/小时，当地大气压为0.1Mpa，30℃和20℃时水的饱和压力分别为0.0042Mpa、0.0023Mpa,水的比热容为4.2kJ/kg.k。求：1)冷却塔进出口空气的含湿量d1、d22)冷却塔进出口空气的焓h1、h23)通过冷却塔的干空气的质量流量ma；4)水的蒸发量△mw；5)进入冷却塔的湿空气的质量流量m1；6)离开冷却塔的湿空气的质量流量m2。622sspdBp111110.60.00236226228.700.10.60.0023sspdBp2222210.004262262227.270.10.0042sspdBp1.01(25011.85)0.001httd1)由公式可求得：2)由公式可得到：11111.01(25011.85)0.0011.0120(25011.8520)0.0018.742.4kJ/kg(a)httd22221.01(25011.85)0.0011.0130(25011.8530)0.00127.27100kJ/kg(a)httd解：213344()(1)a33421()10(2)wwammmdd334432121333()()()102010(4.2354.220)(10042.4)4.220(27.278.7)1029.110kg(a)/h3)能量平衡方程为：质量平衡方程为：(2)×hw4＋(1)整理得干空气的质量流量：3213()1029.110(27.278.7)544kg/hwammdd322333(110