动力热力学第13章 湿空气

相对湿度：
ϕ=
( ρ v ) max
ρv
ρv pv = = ρ ' ' ps
(前二式之比 ) 分子分母同温度。
可见： 0 ≤ ϕ ≤ 1 ；
ϕ = 0 干空气； ϕ = 1 饱和空气，含水蒸汽量最大(对应t时)。
ϕ
越小，离饱和状态越远，空气越干燥， 吸收水蒸汽的能力越强。
ϕ
的确定：湿度计测定。
如：干湿球温度计
T ps • • tw • • • 过热(未饱和空气) tDp t ts(对应pv) v 空气中的水蒸气 • • tw• • tDp pv •过热 t ts(对应Pv)
s
过热 t > ts ( pv ) 饱和 t = t s ( pv )
空气未饱和 空气饱和
所以空气饱和与否取决于 t，pv
加入的水吸收空气降温放的热蒸发，无外热。 例：生活用雾化加湿 能量守恒(稳定流动) ：进入=离开 h3+hw(d4-d3)=h4
变为hw(d4-d3)=h4－h3 对湿空气(h3,h4)：h=1.005t+d(2501+1.86t); 液态水： hw=cpt=4.1868t
可见hw(d4-d3)远小于 h (与d•2501项比较)，可略去。 所以，h4≈h3 即：绝热加湿过程是近似等焓过程。
ϕ
愈小，空气吸收水蒸汽的能力愈大，湿纱 布上水蒸发愈快，湿球温度tw愈低，
而 ϕ = f ( t, t w )，或
ϕ = f(t, t - t w )
通常做出图或表供查用，见下页
干湿球温度计
§13-3 湿空气的状态参数
一、含湿量
1kg干空气中所含水蒸汽的质量。 即水蒸汽质量/干空气质量。 /
d= mv ρv = = kg kgAir ma ρa
使未饱和空气达到饱和的典型方法： 1. 定温增加湿空气中的水蒸气量，使pv提高达到对应t的ps； 此时如再增加水蒸汽量，ps不变，而又部分蒸汽凝结成 水珠析出。 p • ps pv • •
饱和状态(饱和空气)
T ps • • tw • • • 过热(未饱和空气) tDp t ts(对应pv) v • • tw• • tDp pv •过热 t ts(对应Pv)
绝热加湿过程焓—湿图
2 1• 2’
加 热
3 4 • 8 •7 • 4’
•5 •6
ϕ =1
冷 却
过程3－4
当加湿到4’时达饱和，此时t 4’即绝热饱和温度tw。
三、冷却去湿过程
如h—d图上过程567所示。 5状态湿空气，冷却时d或pv 不变，至6点时饱和，φ=1。
2 1•
加 热
3 4 • 8 •7 • 4’
说明：t>99.634℃时，无此饱和空气状态。 即：ps不再是湿空气中水蒸汽的分压力的最大值。 此时，只能是 (pv)max = p = 1bar。 故定义：
ϕ=
pv p = v ( p v ) max p 为相对湿度 pv ϕ = 0.622 ，此时，定ϕ线与定d线重合。 p − pv 1−ϕ
相应地：d = 0.622
湿空气的焓湿图（低温区）
注 意： 焓 湿 图 随 p 改 变 而 改 变
§13-5 湿空气的过程及应用举例
一、加热或冷却过程
冷 热
2 1• 2’
加 热
3 4 • •7 8 • 4’
•5 •6
ϕ =1
1

2 q
冷 却
d不变过程， q=h2-h1
生活上，冬季室内干燥，越开窗换气越干。
二、绝热加湿过程
h3 d3 3 q=0 4 h4 d4
h
定ϕ线画法： h = 1.005t + d(2501 + 1.86t) 即 h = h(d, t)
d = 0.622
d
ϕp s = d (p s ) p − ϕp s
p s = p(t)
∴d
= d ( t ) ⇒ t = t (d )
代入前式可算 h = h ( d )，即定 ϕ 线
见书351页
见书353页
湿空气的焓湿图（高温）
绝热饱和温度tw线：
h h1 tw• tw’• 1 • 2 • h2 • 2’ d 经绝热加湿后，h2=h1+hw(d2-d1) > h1 故定tw线比定焓线稍微平一些。 无定tw线时，可用定h线代替，如2’点。此时，tw’稍低一些。
φ =1
作业：13-1，2，3，4
注 意： 焓 湿 图 随 p 改 变 而 改 变
定h线：与d轴成135°角直线线 h 定d线：垂直于d轴
d
定pv线：d = 0.622
pv p − pv
p一定，即定d线
定t线：看公式h=1.005t+d(2501+1.86t) 相当于 h=a+b•d 的直线,并且t越大，截距和斜率都大
定ϕ线： 向上凸线
•5 •6
ϕ =1
冷 却
四、烘干过程
3 4 • •7 8 • 4’ •5 •6
2 1• 2’
加 热
ϕ =1
冷 却
工程上：木材烘干、纺织等等。生活上：电吹风 组成：加热过程+吸湿过程(绝热加湿过程)。如图过程834(4’)。
高温时，关于φ的讨论：
1. 当t < 99.634℃时，其对应的饱和压力ps < 1bar。 对未饱和空气：p=pa+pv=1bar； 对饱和空气： p=pa+ps=1bar。 均成立
考虑状态方程：
p v V = m v Rg v T pa V = ma Rga T
∴
pv V Rm mv R vT R a pv p µa p v µ v p v = = ⋅ = ⋅ = ⋅ = 0.622 v pa V R v pa R m ma pa µa pa pa µv R aT
∴
pv pv ϕps d = 0.622 = 0.622 = 0.622 pa p - pv p − ϕps
未饱和空气(unsaturated air)：湿空气中的水蒸汽 处于过热状 态；即 t>ts (对应pv)。 饱和空气(saturated air)：湿空气中的水蒸汽处于饱和状态。
注：干空气中由多种气体组成，没有一定的饱和温度。
湿空气中水蒸汽的状态： p • ps pv • •
饱和状态(饱和空气)
s
2. 绝热：绝热增加水蒸汽量（水从空气中吸热蒸发，无外热 源），使pv增加到ps，此时温度为tw，叫绝热饱和温度。 因空气降温tv<t，因pv 增加，ps>pv,可知tw点在t和tDp中间。
p • ps pv • •
饱和状态(饱和空气)
T ps • • tw • • • 过热(未饱和空气) tDp t ts(对应pv) v • • tw• • tDp pv •过热 t ts(对应Pv)
第十三章
§13-1 概述
干空气：完全不含水蒸汽 湿空气：干空气+水蒸汽
湿空气
注意：1. 其中的水蒸汽可作为理想气体，因分压力低 0.003～0.004Mpa； 2. 湿空气是理想气体混合物，但其组成气体水 蒸汽质量可变，如加入、吸出、析出。
湿空气的压力：通常大气的压力，用p表示； p=pb，用大气压力计测； p=pa+pv 式中“a”干空气，“v”水蒸汽。
•5 •6
ϕ =1
再进一步冷却，饱和蒸汽凝 结为水，从湿空气中析出， 此阶段中，φ=1，而d减小。
2’
冷 却
例：冬季窗上的水珠
去湿量 ∆d= d5 - d7 能量方程： 进入=离开 h5=q+h7+(d5-d7)hw 放热量 q=h5-h7-(d5-d7)hw
2 1• 2’
加 热
3 4 • •7 8 • 4’
p定值时，因d = f（p v）
这里p v = ϕps
可见：
所以p v一定，d一定。
二、焓
1kg干空气的焓与dkg水蒸汽焓的和。
h = h a + dh v
干空气质量为1kg；
kJ/kgAir
湿空气质量为1+d kg。
kJ/kgAir kJ/kg水蒸汽
一般：
h a = c pa t = 1.005t h v = 2501 + 1.86t
s
§13-2 绝对湿度和相对湿度
绝对湿度：单位体积湿空气中水蒸汽的质量。
mv p = v V R vT
即
ρv =
理想气体，“v”表水蒸汽为
对饱和空气：
ρ '' =
ps m = s R vT V
注：水蒸汽ps=f(T)，T一定时，ps为该T时水蒸汽最大分压力， 故ρ’’为最大绝对湿度，此时湿空气中水蒸汽量最大。
s
3. 定压：定pv降温，达饱和，此时温度td叫露点温度。 因为p=pa+pv，可认为大气压p不变，因此pv也不变(意味着 水蒸汽量不变)，如秋季结露即此过程。
p • ps pv • •
饱和状态(饱和空气)
T ps • • tw • • • 过热(未饱和空气) tDp t ts(对应pv) v • • tw• • tDp pv •过热 t ts(对应Pv)
pv ϕ= ps
ϕps d = 0.622 p b − ϕps
极限情况，当t=99.634℃时，ps=1bar=p，则：
d = 0.622
ϕ
1−ϕ
当ϕ = 1时，d = ∞，即为t = 99.634o C 时的干饱和蒸汽。
2. 当t>99.634℃时，其对应的饱和压力是ps>1bar, 对饱和空气 p=pa+ps=1bar 不成立。
0℃时ha为0。