湿空气焓湿图

第一章湿空气的物理性质和焓湿图的应用湿空气的组成和物理性质湿空气的焓湿图(PsychrometricChart)干、湿球温度(Dry-bulb,Wet-bulbTemperature)焓湿图的应用第一节湿空气的状态参数一、空气的组成自然界的空气是由干空气和水蒸汽组成的混合物，称为湿空气。在自然界中绝对的干空气是不存在的，空调中的空气指的是湿空气，简称为空气。干空气：特点：含量比较稳定、在研究时允许看成一个整体水蒸汽：江河湖海、生产、新陈代谢等百分比不稳定、随海拔、地区、季节、气候等因素影响含量少（但对状态变化影响很大）“干”---“湿”二、空气的状态参数空气的物理性质不仅取决于它的组成成分，而且也与它所处的状态有关。假定：常温常压下干空气是理想气体水蒸汽近似看作理想气体（过热、量少、分压力低）由干空气和水蒸汽所组成的湿空气也应遵循理想气体的变化规律PvRTmRTPV或压力密度含湿量相对湿度焓露点温度本节将以此公式为基础，介绍相关参数（一）压力垂直作用在物体表面上的力叫作压力。物体单位面积上受到的压力称为压强，符号为P。工程上，人们往往习惯地把压强称为压力。在空调工程中，一般所说的“压力”也是这个概念。1、大气压力（B，P）空气层对单位地球表面积所形成的压力，也称湿空气总压力，B。不是一个定值，随海拔、季节、气候不同而不同大气压力不同，湿空气物理性质也会不同，状态参数也会发生改变。空气调节设计及运行中一定要考虑当地大气压的大小，否则产生偏差。标准大气压：通常以纬度45o处的海平面上，全年平均气压为1标准大气压。绝对压力、工作压力（表压力）的区别与联系2水蒸汽分压力（Pq)SteamPartialPressure由道尔顿定律分压定律湿空气的总压力为p空气中的水蒸汽占有与干空气相同的体积，它的温度等于空气的温度。显然，空气中水蒸汽的含量越高，它的分压力也越大。所以从气体分子运动论的观点来看，水蒸汽分压力大小直接反映了水蒸汽含量的多少。一定温度下，水蒸汽越多，空气越潮湿，Pq越大；超过某一限量时，多余的水蒸汽会从空气中析出，水蒸汽含量达到最大极限，处于饱和状态，称饱和空气。（注意饱和的含义）。对应的Pq,b，其大小取决于湿空气的温度，温度高则大，附录。(二）温度(Temperature)空气的温度是表示空气的冷热程度，温度的高低用“温标”来衡量。•目前国际上常用的温标有摄氏温标、热力学温标、华氏温标，两者的关系为t=T-273.15，toF=1.8t(oC)+32（三）空气湿度（Humidity）空气中含水蒸汽的多少湿度通常有以下几种表示方法。1、绝对湿度(ρq)：AbsoluteHumidity在1m3湿空气中所含水蒸汽的重量称为空气的绝对湿度，也即水蒸汽的密度饱和绝对湿度（ρs）：饱和空气的绝对湿度。注：饱和空气的绝对湿度ρs随温度升高而增大。绝对湿度只能说明湿空气在某一温度下实际含水蒸汽的重量，但不能直接说明湿空气的干、湿程度，也不能说明空气吸收水蒸汽的能力。绝对湿度相同的两种空气，其干、湿程度未必相同。必须在相同温度下，才能根据绝对湿度来判断干、湿程度，这在应用时很不方便，为此在空调工程中常用相对湿度。2、含湿量(HumidityRatio)在湿空气中与lkg干空气并存的水蒸汽量称为含湿量由Vg=Vq=VTg=Tq=T，及Rg=287J／(kg·K)Rq＝46lJ／(kg·K)单位：kg/kg干空气含湿量和绝对湿度是从不同角度说明含水汽的多少，两者有关系。g/kg干空气当大气压B一定时，空气中水蒸汽含湿量d，只取决于空气中水蒸汽分压Pq，含湿量随水蒸汽分压升降而增减；d一定，B大，Pq大。d仅随水蒸汽多少而改变，可以比较准确表达湿空气中的水蒸汽量。湿空气计算时，以含有1Kg干空气的湿空气作为计算基础。1kg干空气带dKg水蒸汽，这时1kg干空气的湿空气重量是（1+d）kg。3、相对湿度(RelativeHumidity)湿空气的水蒸汽压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气压力之比湿空气的相对湿度与含湿量之间的关系可导出相对湿度表示的是空气中实际含有的水汽量接近饱和状态的程度，绝对湿度愈大，既水蒸汽分压愈大，相对湿度也愈大。干空气的φ＝0，空气达到饱和状态时φ＝1。相对湿度是影响生产工艺正常进行和产品质量以及人员舒适感的主要参数，因此是空调自控设计中主要测控参数之一。注意湿度表示三种方法的区别与联系四、焓(Enthalpy)+水蒸汽的焓tCtChgpgpq..2500+（1+d）千克湿空气的焓为或单位：kJ/kg干空气干空气的焓tChgpg.1.01t＋1.84td是湿空气（干空气加水蒸汽）的显热(SensibleHeat)，它随空气的温度变化而变化。2500d是水由液态变为气态的过程中吸收的热量，称为汽化热，即潜热(LatentHeat)。空气的焓值即和空气的温度有关又与空气的含湿量（d）有关，而且成正比。这就表明了空气温度高时不一定比空气温度低时的焓值大，因为还要看空气中的含湿量（湿度）大小。t、d的变化与h变化的关系(五）密度比容(Density,SpecificVolume)单位容积的湿空气所具有的质量，称为密度。而单位质量的空气所占有的容积称为空气的比容。两者互为倒数，因此只能视为一个状态参数。在空气调节范围内，密度变化不大，1.3~1.1kg/m3，一般取1.2kg/m3湿空气的密度＝干空气密度+水蒸气密度相对湿度越大，密度越小，干空气密度最大，饱和空气密度最低；温度越高，密度越低。（六）、露点温度(DewPointTemperature)当空气含湿量保持不变，降低其温度，在呈饱和状态而刚刚出现冷凝水时（相对湿度为100％）的温度叫做露点温度。换言之，露点温度就是当湿空气下降到一定温度，有凝结水出现时的温度。当未饱和空气（φ100%）的温度下降时水蒸汽分压力保持不变而饱和空气的水蒸汽分压力随温度下降而下降则φ随温度下降而增大当温度下降到一定程度时，φ增大到100%，此时温度为湿空气露点温度。若温度继续下降，空气中水蒸气就凝结出来。空调中的很多除湿过程，就利用结露规律。（判断是否结露）出现结露现象无结露现象tl：只取决于含湿量，与所处温度无关。含湿量相同的湿空气，露点温度相同。小结主要参数相互关系（独立与关联）t,d,h,φ,B实际上已知其中两个参数，就可确定其它参数。无论是空调设计，测试调整及运行管理，都需要对空气状态参数和空调系统工作情况进行分析。空气中的许多状态参数是有机地联系在一起的。若用公式计算很费事，为了应用方便，根据空气各种状态参数及相互关系制成线算图。焓湿图h-d：分别以焓值h和含湿量d为坐标的图，这种图就称为焓湿图h-d，又称为温湿图。第二节湿空气的焓湿图(PsychrometricChart)一、h-d的绘制过程一个平面图形只能有两个独立变量；而湿空气的状态取决于温度t，含湿量d和大气压力B三个基本状态参数。应该建立三个独立的坐标。一般分析时，B可以选定为某一定值。只余下t，d两个坐标，建立t-d图。焓h与t有关，用h代替t构成h-d图。线条过于集中（靠近饱和线的部分）----读数的精度受影响图形展开，两坐标夹角由90o扩大到大于等于135o图面过长以一个水平线画在图的上方代替实际的d轴二、焓湿图组成1.等焓线等含湿量线与纵坐标轴相平行的垂直线是等含湿量线，即d＝常数。与横坐标轴相平行的是等焓线，与h相交成1350的平行线，即h＝常数。2.等温线h=1.01t+d(2500+1.84t)t为常数，h与d成直线关系。与横坐标轴有一定倾角，相互近于平行的斜线是等温线。温度较低时，等温线不平行情况可以忽略；空气温度升高时，等温线之间不平行程度愈加显著。3.等相对湿度线B一定，φ＝常数，d=f(Pq,b)=g(T)。给定不同的t，求得d，在h-d上找到对应点连接而成曲线，发散状。饱和曲线把h-d图划分两部分，上半部分属于未饱和空气区，下半部分是过饱和空气区。逐条曲线由上至下，其相对湿度不断增加，最下边的一条曲线叫饱和曲线，即φ＝100％。4.水蒸汽分压力线0102030qP（10Pa）B一定，Pq=f(d)，一一对应。d轴上方绘一条水平线。5.热湿比线anglescale用ε表示，状态变化前后的焓差与含湿量差之比，表示空气状态变化的方向和特征。可看成处理过程中得失热量与湿量的比值意义：1、h-d图中ε是直线的斜率，代表过程线的倾斜程度，故又称角系数线单位：kJ/kg500030002000100006000-20000102030qP（10Pa）2、起始状态不同，ε相同的过程线必相互平行应用时，将等值ε标尺线平移至起始点，即得变化过程线，结合其它条件确定状态。3、ε与起始无关，预先给出一系列的ε，以方便使用应用举例（例1-2）平行线法辅助点法三、压力对h-d图的影响φ相同，B不同，d不同，且d随B的增大而减少。等相对湿度线左移（B增大）。四、其它形式的焓湿图（178幅）主要区别背面作为正面，顺时针转90o显热比（显热变化与全热变化之比）等湿球温度线等比容线第三节湿球温度（Wet-BulbTemperature)干、湿球温度的概念在空气调节中至关重要理论上湿球温度是在定压绝热条件下，空气与水直接接触，有足够长的接触时间和足够充分的接触面积，达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度，也称热力学湿球温度。②湿球温度的概念一、热力学湿球温度①干球温度的概念：湿空气的温度即为干球温度。绝热加湿小室twPPt1,d1h1t2,d2h2出口空气温度与水温相同，由于是绝热加湿，水分蒸发的热量全部来自于空气，空气失掉显热后，温度下降，焓值减少；而空气得到水蒸汽带来的潜热和液体热后，总的焓值增加，且相对湿度增大到饱和状态。整个过程中，不断补充水，以维持水量不变。稳定流动能量方程式焓的增加等于蒸发水量的液体热上式为一直线方程热力学湿球温度等值线在h-d上为一直线。%100bh2d2h1a等热力学湿球温度线绝热加湿器并非实用装置，一般都是用干湿球温度计读出湿球温度，近似代替热力学湿球温度。二、湿球温度湿球温度计的读数，实际上反映的是湿纱布上水的温度，因此并不是任一读数都可以认为是湿球温度。只有在热平衡的情况下，才可认为是湿球温度。湿球温度计温度变化过程未饱和的空气流经湿纱布时，纱布上的水必然产生蒸发现象。若水温高于空气的温度，蒸发所需的汽化热必然来自于水，水温下降，湿球温度计上的读数开始高于干球温度计的读数，随后读数下降。过一段时间后，纱布上水的温度将降至空气温度以下。此时出现空气向水传热，此热量随着空气与水之间温差加大而增加。当纱布上水的温度下降到某一数值，空气向水的温差传热恰好补偿水蒸发所吸收的汽化热，水温将不再下降。湿球温度计上的这一稳定读数即为湿球温度。空气相对湿度越低，水分蒸发快，需要的热量将越多，水温下降越多，干湿球温差越大。饱和状态的空气流经时，水分不蒸发，两温度计读数相同。两温度计的差值可以反映相对湿度的大小。要准确反映空气的湿球温度，应使流经湿球温度计的空气具有一定的流速。水和空气间的热、湿交换过程都与湿球温度计周围的空气流速有关。流速慢，热、湿交换不充分，所得湿球温度误差较大。通风式干、湿球温度计（保证湿球温度计周围较高的空气流速）三、湿球温度在h-d上的表示空气原状态A，流经湿球温度计后变为饱和状态B空气传递给水的显热量又有水汽分子以潜热的方式带回到空气中A—B近似认为是等焓过程。tAtSAB%100湿球温度在h-d图上的近似表示法实际的过程为增焓过程：水蒸发带到空气中的热量，除汽化潜热外，还有部分的液体热。等湿球温度线=0s=4.19t0st0st0st04.19s（t）s=4.19t100%hconsts=4.19t=0A’tSB已知干湿球温度确定空气状态tAStB