焓湿图详解

2020/2/151补充章节1－湿空气的物理性质及焓湿图建筑工程学院市政工程系2020/2/152主要讲述湿空气的物理性质、焓湿图及其应用。一、本章的主要内容湿空气的物理性质及焓湿图二、教学基本要求了解湿空气的组成；掌握湿空气的基本状态参数；掌握湿空气的焓湿图及其应用；湿球温度和露点温度在焓湿图上的表示。2020/2/1531、1湿空气的物理性质2020/2/154本节的主要内容1、1湿空气的物理性质湿空气的组成湿空气的基本状态参数压力密度相对湿度含湿量比焓2020/2/1551、湿空气的定义湿空气即为通常所说的“空气”或“大气”，是空气环境的主体及空气调节的对象。2、湿空气的组成1、1湿空气的物理性质一、湿空气的组成干空气水蒸气N2O2其它微量气体成分较为稳定，可近似看作理想气体。含量较少，但其变化对湿空气的干燥及潮湿程度产生重要影响，是空调中的重要调节对象，也可近似看作理想气体。2020/2/156二、湿空气的基本状态参数湿空气的基本状态参数是表征湿空气性质的物理量，主要包括：1、压力B湿空气的压力即是所谓的大气压力，等于干空气的分压力与水蒸气的分压力之和，即：B=Pg+PqPgV=MgRgT，PqV=MqRqT1、1湿空气的物理性质式中Pg、Pq—分别为湿空气、干空气、水蒸气压力，Pa；Mg、Mq—分别为干空气及水蒸气的质量，Kg；Rg、Rq—分别为干空气及水蒸气的气体常数，Rg=287J/Kg·K；Rq=461J/Kg·K2020/2/157注：大气压力随海拔高度的升高而降低，我国各主要城市冬、夏季的大气压力值可从《采暖通风与空气调节设计规范》中查得。水蒸气分压力对空气性质的影响水蒸气分压力的大小，反映了湿空气中水蒸气含量的多少。水蒸气含量越多，其分压力也越大；在一定温度条件下，一定量的空气中能够容纳水蒸气的数量是有限度的。湿空气的温度越高，它允许的最大水蒸气含量也越大。当空气中水蒸气的含量超过最大允许值时Pqb(t)，多余的水蒸气会以水珠形式析出，这就是结露现象，此时水蒸气达到饱和状态，所对应的湿空气称为饱和湿空气。由此可知，未饱和空气中，水蒸气含量没有达到最大允许值，它还具有吸收水蒸气的能力。我们周围的大气通常都是未饱和空气。1、1湿空气的物理性质2020/2/1582、温度t湿空气的温度是表示空气冷热程度的标尺。湿空气中干空气的温度与水蒸气的温度相等；湿空气温度的高低对人体的舒适感和某些生产过程的影响较大，因此温度是衡量空气环境对人和生产是否合适的一个非常重要的参数。在空调中，通常采用摄氏温度t，有时也用绝对温度T，两者的关系是T=273.15+t≈273+t1、1湿空气的物理性质2020/2/1591、1湿空气的物理性质3、密度ρs湿空气的密度等于干空气的密度与水蒸气的密度之和，即：ρs=ρg+ρq根据理想气体状态方程，则有：ρs=0.00384B/T-0.00134Pq/T实际计算中，在标况下，可近似取ρ=1.2Kg/m32020/2/15101、1湿空气的物理性质4、含湿量d基本定义：指1Kg干空气所含有的水蒸气质量，单位为Kg/Kg·干空气或g/Kg·干空气。即：d=mq/mg式中mq、mg—分别为水蒸气和干空气的质量，Kg。含湿量可以确切地表示空气中实际含有的水蒸气量的多少。空调中常用含湿量的变化来表示空气被加湿或减湿的程度。2020/2/15111、1湿空气的物理性质含湿量与水蒸气分压的关系将理想气状态方程：PgV=MgRgT，PqV=MqRqT代入含湿量定义式：qqgqgqqggqPBPPPPMPMMMd622.0461287可知：在一定的大气压力B下，d仅与Pq有关，Pq越大，d越大。问题与讨论2020/2/15121、1湿空气的物理性质5、相对湿度Φ基本定义：指空气中的水蒸气分压力与同温度下饱和水蒸气分压力之比。即：Φ=Pq/Pqb。Φ表示空气接近饱和的程度。Φ值小，说明空气干燥，远离饱和状态，吸收水蒸气的能力强；Φ值大，则说明空气潮湿，接近饱和状态，吸收水蒸气的能力弱。Φ=100%为饱和空气，Φ=0则为干空气。物理意义2020/2/15131、1湿空气的物理性质相对湿度可近似用湿空气的含湿量与同温度下饱和含湿量之比来表示，即：Φ≈d/db相对湿度是空调中的一个重要参数，相对湿度的大小对人体的舒适和健康、工业产品的质量都会产生较大的影响。2020/2/15141、1湿空气的物理性质6、比焓h基本定义：指1Kg干空气的比焓和d/1000Kg水蒸气的比焓的总和，单位KJ/Kg干空气，取0℃时空气的焓值为零，则：h=1.005t+(2501+1.86t)d/1000比焓是空调中的一个重要参数，用来计算在定压条件下对湿空气加热或冷却时吸收或放出的热量。意义影响因数湿空气的比焓不是温度t的单值函数，而取决于温度和含湿量两个因素。温度升高，焓值可以增加，也可以减少，取决于含湿量的变化情况。2020/2/15151.2湿空气的焓湿图2020/2/15161、2湿空气的含湿图本节的主要内容含湿图的组成湿球温度与露点温度含湿图的应用2020/2/15171、2湿空气的含湿图一、焓湿图的组成以比焓h—纵坐标，以含湿量d—横坐标，表示大气压力B一定时湿空气各个参数之间的关系。包含五种线群：等焓线(为使图线不过密，两坐标轴间夹角为135℃)等温线(干球温度线)等相对湿度线Φ水蒸气分压力线Pq热湿比线作用：1.确定湿空气的状态参数；2.表示湿空气的状态变化过程。2020/2/1518湿空气焓湿图等焓线等相对湿度线等干球温度线等湿度线(水蒸气分压力线)热湿比1、2湿空气的含湿图2020/2/15191、2湿空气的含湿图电子含湿图2020/2/15201、2湿空气的含湿图独立状态参数能够在h-d图上确定湿空气状态的参数。在B一定的条件下，在h,d,t,Φ中，已知任意两个参数，则湿空气状态就确定了，亦即在h-d图上有一确定的点，其余参数均可由此点查出，因此，将这些参数称为独立参数。但d与Pq不能确定一个空气状态点，故d与Pq只能有一个作为独立参数。?注意：湿空气状态的参数也可由计算程序计算。2020/2/15211、2湿空气的含湿图热湿比ε又称为角系数，为湿空气的焓变化与含湿量变化之比，即：ε=△h/△d=Q/W若在h-d图上有1、2两状态点，则由1至2的热湿比为ε=（h2-h1）/(d2-d1)ε的大小及正负表示了湿空气状态变化过程的方向和特征。2020/2/1522热湿比线的应用1、2湿空气的含湿图在h-d图的右下方有以任意点为中心画出的不同数值的ε线。实际应用时，利用推平行线的方法，通过已知初状态点，作一条平行于给定ε值的线，就可画出该空气状态变化的过程线。若已知终了状态的任一参数值，就可在h-d图上确定其终了状态点。h11d1h2d22020/2/1523二、露点温度及湿球温度1、2湿空气的含湿图1、露点温度tl是湿空气的一个重要状态参数。定义某状态下的未饱和空气，在含湿量不变的情况下将其冷却到饱和状态（Φ=100%）时所对应的温度，称为该状态空气的露点温度。在h-d图上的确定方法tlΦ=100%A2020/2/15241、2湿空气的含湿图结露现象若将某表面温度降低到周围空气的露点温度以下，周围空气与该表面接触时，就将从未饱和空气变为饱和空气，进而又达到过饱和状态，于是空气中的一部分水蒸气将会在冷表面上凝结成水珠，这就是所谓的结露现象。结露在空调中的应用在空调技术中，利用结露这一现象，使被处理的空气流过低于其露点温度的表面冷却器，或用低于其露点温度的冷水去喷淋被处理空气，从而可获得使被处理空气冷却减湿的处理效果。2020/2/15252、湿球温度ts是湿空气的一个状态参数，通常用干湿球温度计测量。干湿球温度计如图所示：由两支完全相同的水银（或酒精）温度计组成。其中一支温度计的温包上包有脱脂细纱布，纱布的末端浸入盛水容器中。这支温度计称为湿球温度计，它所测得的饱和空气温度就是湿球温度。另一支为干球温度计，所测得的温度为干球温度（大气温度或空气温度）。1、2湿空气的含湿图2020/2/1526湿球温度计的读数，既是湿纱布上水的读数，也是紧贴湿纱布的饱和空气层的读数。在一定的空气状态下，干湿球温度差值反映空气相对湿度大小。当用干湿球温度计测量空气的温度时，由于湿球温包上水分蒸发吸收热量的结果，使得湿球表面空气层的温度下降，因而湿球温度计的读数一般总是低于干球温度计的读数，这两者之差即为干湿球温度差。干湿球温度差它的大小与被测空气的相对湿度有关，空气越干燥（Φ值越小），纱布上的水分蒸发越快，需要吸收的热量越多，湿球温度下降越多，干湿球温差越大；反之，干湿球温差越小。1、2湿空气的含湿图2020/2/1527干湿球温度在h-d图上的表示当湿球纱布的水温达到空气的湿球温度时，湿球表面的饱和空气层与周围空气之间的总换热量为零，因此可认为周围空气由不饱和状态变为湿球表面的饱和空气状态这一变化过程，可近似认为是等焓过程。Ahts湿球温度与露点温度谁高？t11、2湿空气的含湿图2020/2/15281、2湿空气的含湿图例1：已知空气干球温度t=25℃，湿球温度ts=17℃，大气压力B=101325Pa，试在h-d图上确定该空气的状态点。t＝25ts＝17hΦ=100%A2020/2/15291、2湿空气的含湿图例2：已知空气干球温度t=25℃，相对湿度Φ=50%，大气压力B=101325Pa，试在h-d图上确定该空气的湿球温度。Φ=100%Φ=50%t=25℃tsh2020/2/15301、2湿空气的含湿图三、含湿图的应用1、确定湿空气的状态参数在给定大气压力B时，只要知道湿空气的任意两个独立状态参数，就可在焓湿图上确定该空气的其余状态参数。例：已知B=101325Pa，t=22℃，Φ=65%，试在h-d图上确定该空气的其它状态参数。PqAdAΦ=65%Φ=100%t=22℃1htst12020/2/15311、2湿空气的含湿图2、表示湿空气状态的变化过程空调系统典型湿空气处理过程冷冻水回冷冻水供回风2020/2/15321、2湿空气的含湿图空调系统典型湿空气状态的变化过程(1)湿空气的加热过程（空气加热器）利用热水、蒸汽、燃气、电阻丝、电热管等热源，通过热表面加热湿空气，空气不与热媒直接接触，因此，处理过程中空气中的含湿量不变，而温度会升高。该过程A→B,其ε=+∞Φ=100%AB2020/2/15331、2湿空气的含湿图利用冷水或其他冷媒通过冷表面冷却湿空气，当冷表面温度低于湿空气的干球温度而又高于其露点温度时，即发生这一过程。该过程中含湿量不变，温度降低，在h-d图上可表示为A→C，其ε=-∞(2)湿空气的干式冷却过程（空气冷却器）Φ=100%CA2020/2/1534使空气和低于其露点温度的表面接触时，则部分水蒸气将会在冷表面凝结，达到冷却减湿的目的（即冷却干燥）该过程为在h-d图上可表示为A→G。(3)湿空气的减湿冷却过程（空气冷却器）1、2湿空气的含湿图Φ=100%GA2020/2/15351、2湿空气的含湿图(4)湿空气的等焓加湿过程(绝热加湿)利用循环水喷淋空气时，空气与水长时间接触，水及其表面的饱和空气层的温度即等于该湿空气的湿球温度。该过程为A→E，其ε=0Φ=100%EA2020/2/15361、2湿空气的含湿图1、2湿空气的含湿图(5)湿空气的等焓减湿过程利用固体吸湿剂（硅胶、分子筛、氯化钙等）处理空气时，空气中的水蒸气被吸湿剂吸附，含湿量降低，吸附时放出的凝聚热又重新返回空气中，故吸附前后可近似认为空气的焓值不变。该过程为A→D，其ε=0Φ=100%DA2020/2/15371、2湿空气的含湿图1、2湿空气的含湿图(6)湿空气的等温加湿过程(喷蒸气处理过程)利用干式蒸气加湿器或电加湿器，将水蒸气直接喷入被处理的空气中，达到对空气加湿的效果。该过程的热湿比值等于水蒸气的焓值，大致与等温线平行，可近似认为，该过程为等温