湿空气的物理性质和焓湿图

第一章湿空气的物理性质和焓湿图的应用空气调节的主要任务，就是在某一特定空间中，使其空气保持一定的温度、相对湿度、空气流速、气压、噪声、洁净度等。第一节湿空气的物理性质本节主要介绍以下内容湿空气的概念湿空气的基本状态参数湿空气的焓湿图湿球温度焓湿图的应用基本要求：1.理解并掌握有关湿空气及描述其物理性质的概念：压力、温度、含湿量、相对湿度、密度（比容）。2.掌握湿空气焓湿图的组成，掌握其绘制方法。3.掌握湿球温度和露点温度的概念和物理意义。4.熟练掌握焓湿图的应用方法：确定空气状态，空气状态变化过程线，空气的各种处理过程在i—d图上的表示，两种状态空气混合过程。5.了解空气状态参数的计算法。重点：湿空气物理性质的描述，焓-湿图的组成，应用其确定空气状态，空气状态变化过程线，空气的各种处理过程在i—d图上的表示，两种状态空气混合过程。难点：应用焓-湿图确定空气状态，空气状态变化过程线，空气的各种处理过程在i—d图上的表示，两种状态空气混合过程。1.湿空气的概念大气由一定量的干空气和一定量的水蒸气混合而成，我们称其为湿空气。干空气水蒸气湿空气湿空气中水蒸气含量虽少，但它决定了空气环境的干燥和潮湿程度，且影响着湿空气的物理性质。因此研究湿空气中水蒸气含量的调节是空气调节中的主要任务之一。2.湿空气的基本状态参数在常温常压下，湿空气可视为理想气体。满足理想气体的状态方程与道尔顿定律。pvRTmRTPV或gqBPP压力道尔顿定律分压定律1niipp（湿空气的总压力为p）qgPPP或qgPPB水蒸汽分压力大小直接反映了水蒸汽含量的多少从气体分子运动论的观点来看水蒸汽分压力qPgP干空气分压力要点：◆水蒸汽分压力的大小直接反映了水蒸气的含量的多少；◆在一定温度下，空气中的水蒸汽含量越多，空气就越潮湿，水蒸汽分压力也越大；◆湿空气中的水蒸汽含量达到最大限度时，多余的水蒸汽就会凝结成水从空气中析出；◆饱和水蒸汽分压力Pq,b是温度的单值函数，也即Pq,b值仅取决于温度，温度越高，Pq,b值越大。密度湿空气的密度＝干空气密度+水蒸气密度0.003480.00132gqgqgqqPPRTRTPBTT单位容积的空气所具有的质量，称为密度要点：◆湿空气的密度取决于Pq值的大小，它随水蒸汽分压力Pq的升高而降低。由于Pq值相对于Pg值而言数值较小，湿空气比干空气轻；◆空气越潮湿，水蒸汽含量越大，则空气密度越小，大气压力B也越低。阴雨天气大气压力B比晴天低；◆温度t越高，则空气密度越小，大气压力B也越低。同一地区夏天比冬天大气压力B低。温度表示空气的冷热程度。它是分子动能的宏观结果。空气受热后其内部分子动能增加，则表现为温度的升高。温度高低用温标表示，常用温标有：绝对温标（开氏温标）T，单位K；摄氏温标t,单位℃273.15273tTT含湿量在湿空气中与lkg干空气同时并存的水蒸汽量称为含湿量qgqgmdm由Vg=Vq=VTg=Tq=T，以及Rg=287J／(kg·K)Rq＝46lJ／(kg·K)gqgqgqqgpppppRpRd622.0461287当大气压力一定时，水蒸气分压力和含湿量近似直线关系。水蒸气分压力越大，含湿量也随着增大。饱和状态：一定温度下，湿空气的水蒸气含量达到最大限度。此时，水蒸气的凝结和水的蒸发达到动态的平衡。温度的变化会打破这个平衡。饱和状态与温度有关！空气温度（℃）饱和含湿量(g/kg）107.632014.703027.20相对湿度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。%100.bqqPP相对湿度越大，空气越潮湿，饱和空气的相对湿度是100%。%100)()(.bqqbPBPBdd%100)()(.bqqbPBPBdd湿空气的相对湿度与含湿量之间的关系可导出bqbqbPBPd..622.0qqpBpd622.0..0.622qbqbPBP%100)()(.bqqbPBPBdd%100)()(.bqqbPBPBdd%100)()(.bqqbPBPBdd要点：◆当大气压力B一定时，水蒸汽分压力Pq只取决于含湿量d。含湿量d随水蒸汽分压力Pq的升高增大，反之亦然。◆当含湿量d一定时，水蒸汽分压力Pq随大气压力B的增加而上升，反之亦然。◆含湿量d能确切反映空气中含的水蒸汽量的多少，但不能反映空气的吸湿能力，不能表示湿空气接近饱和的程度。◆相对湿度Φ能反映湿空气中水蒸汽含量接近饱和的程度，但不能表示水蒸汽的含量。◆Φ值小，表示空气离饱和程度远，空气较为干燥，吸收水蒸汽能力强；Φ值大，表示空气更接近饱和程度，空气较为潮湿，吸收水蒸汽能力弱。%100)()(.bqqbPBPBdd焓物质所具有的能量hupvHUPV21QHVdP210VdPQHqh稳定流动方程：空调系统中空气的流动过程是定压过程，因此空气的焓差体现了热量的变化。干空气的焓.gpghCt+（1+d）千克湿空气的焓为..(2500)1.01(25001.84)gqpgpqhhhdCtCtdtdt或(1.011.84)2500hdtd.2500qpqhCt水蒸气的焓显热潜热假设：0℃的水和0℃干空气的焓为0。要点：◆湿空气的焓i随温度t和含湿量d的升高而加大，随其降低而减小。焓湿图组成等焓线等湿线1.d2.等温线等相对湿度线3.5.4.水蒸汽分压力线热湿比线0102030qP（10Pa）500030002000100006000-2000注意：海拔高度不同，焓湿图不同。3.湿空气的焓湿图湿空气的焓湿图是在不同的大气压力B下，纵坐标是其焓值，横坐标是含湿量值。热湿比dAdBABhAhB100%BABAhhhGhQdddGdW热湿比线描述了空气的状态变化过程。热湿比是空气状态变化过程线的斜率。斜率相等的直线相互平行。无论空气的初始状态在哪点上，只要空气变化过程中的热湿比相等，即过程线的斜率相等，则过程线相平行。CDhChDdCdD=hQdW10001000hQdW1式的w、d单位是kg，2式的w、d单位是g。单位是kJ/kg1.2.必要说明：dAdBABhAhB100%空气状态变化在h-d图上的表示28C20CABB`4d20h5000用线确定空气终状态露点温度温度下降到使得空气的d值等于表中某一饱和含湿量值时，这个所对应的温度称为该未饱和空气的露点温度。bdbd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lt表lt表出现结露现象无结露现象lt露点温度要点：◆湿空气的露点温度tι是判断空气结露的判据。它只取决于空气的含湿量d。关于传热学的几个基本概念：质交换传质是在一个多组分的系统中进行的。物质的分子总是处在不规则的热运动中，在有物质组成的二元混合物中，如果存在浓度差，由于分子的随机性，物质的分子会从浓度高处向浓度低处迁移，这种迁移称为浓度扩散或简称扩散，并通过扩散产生质交换。产生质交换的动力浓度差是产生质交换的动力，温度差是传热的动力，压力差导致压力扩散。质交换的两种基本方式分子扩散——在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体以及固体中的扩散是由微观分子运动所引起的，即为，它的机理类似于导热。紊流扩散——在流体中由于紊流脉动（对流运动）引起的物质传递，即为，它比分子扩散传质要强烈得多。在没有浓度差的二元体系（即均匀混合物）中，如果各处存在温度差或总压力差，就会产生热扩散或压力扩散，扩散的结果会导致浓度变化并引起浓度扩散。湿球温度湿球温度的概念在空气调节中至关重要AirConditioning----Chapter1湿球温度是在定压绝热条件下，空气与水直接接触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。理论上绝热加湿小室twPPt1,d1h1t2,d2h2饱和空气水空气QQ空气与水充分接触、热湿交换达到平衡，水温稳定下来。湿交换湿度不同的两种空气相遇，水蒸气会迁移，我们称两种空气进行了湿交换。湿交换的动力：两种空气的水蒸气分压力差。只要两种空气存在水蒸气分压力差，水蒸气就会从水气分压力高的空气（潮湿空气）迁移到水气分压力低的空气（干燥空气）。就像干燥空气把潮湿空气的水蒸气吸走了。我们称干燥空气的这种能力为吸湿能力。水的蒸发需要吸热，水蒸发首先在水面形成饱和空气层，饱和空气层的水蒸气分压力与周围空气的水蒸气分压力不同，就会产生湿交换，这种湿交换又会刺激水的蒸发。水分的蒸发需要热量，这些热量可以来自于自身或周围空气(这取决于谁的温度高)，如果来自于自身，则水温会下降。当水温低于空气温度时，蒸发热取自于空气。这时，水从空气中获得的热量最终又随水蒸气回到空气中。在绝热加湿过程中，水分蒸发所需的热量全部来自空气，空气失掉显热后，温度下降，但由于空气含湿量增加，空气得到水蒸气带来的汽化潜热和液体热，汽化热恰好等于空气失去的显热，因此总的焓值增加，增加的值就是水蒸气带来的液体热。2121h()WWhhcddtdct状态变化过程的热湿比为：h4.19＝水空气QQtwPPt1,d1h1t2,d2h2空气与水充分接触、热湿交换达到平衡，水温稳定下来。出口空气达到饱和，温度t2=tw由湿球温度定义可知，t2为进口空气的湿球温度。绝热加湿小室当水温降到某一数值时，空气向水面的温差传热恰好补充水分蒸发所吸收的汽化热，此时水温不再下降，这一稳定的温度称湿球温度。（a）水温的高低不影响ts（b）t—ts:反映了空气相对湿度φ的大小；因此影响ts的因素：①φ②t=0s=4.19t0st0st0st04.19s（t）iconsts=4.19t100%等湿球温度线湿球温度计所指示的温度值实际上是球表面水的温度。是标定空气相对湿度的一种手段。湿球温度计原理——当空气流过时，大量的不饱和空气流过湿布时，湿布表面的水分就要蒸发，并扩散到空气中去；同时空气的热量也传递到湿布表面，达到稳定后，水银温度计所指示的温度即为空气的湿球温度。实验使用干湿球温度计测空气湿度湿球温度是标定空气相对湿度的一种手段，其涵义是，某一状态的空气，同湿球温度计的湿润温包接触，发生绝热热湿交换，使其达到饱和状态时的温度，其实就是湿润温包的温度。该温度是用温包上裹着湿纱布的温度表，在流速大于2.5m/s且不受直接辐射的空气中，所测得的纱布表面温度，以此作为空气接近饱和程度的一种度量。周围空气的饱和差愈大，湿球温度表上发生的蒸发愈强，而其所示温度也就愈低。根据干、湿球温度的差值，可以确定空气的相对湿度。空气的干球温度、湿球温度和露点温度三者之间的关系通常情况：ttstl饱和空气时：t=ts=tls=4.19t=0AdAdStBtSBSiSiS已知干湿球温度确定空气状态６.焓湿图的应用湿空气的焓湿图不仅能表示其状态和各状态参数，同时还能表示湿空气状态的变化过程，并能方便地求得两种或多种湿空气的混合状态。湿空气的加热过程湿空气状态变化过程等焓减湿过程等焓加湿过程湿空气的冷却过程变化过程的特征表湿空气的加热过程湿空气的冷却过程等焓减湿过程等焓加湿过程ABACAEAD等温加湿过程AF冷却干燥过程AG多变过程ABCEDFGⅠⅡⅢⅣ象限热湿比状态参数变化趋势过程特征idtⅠε0＋＋±增焓增湿，喷蒸汽可近似实现等湿过程Ⅱε0＋－＋增焓，减湿，升温Ⅲε0－－±减焓，减湿Ⅳε0－＋－减焓，增湿，降温i-d图中不同象限内湿空气状态变化过程的特征过程图不同状态空气的混合态在i-d图上的确定两种状态的空气混合规律dAiAdBiBiCdCBCAACBBCBCACACABddhhGBCddhhGCA过饱和区空气状态变化过程