工程热力学-湿空气
工程热力学湿空气
pv ps
＝ 1 饱和湿空气 0 < < 1 未饱和湿空气 ＝ 0 干空气
表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度 反映所含水蒸气的饱和程度 越干燥，吸水能力强
越湿润，吸水能力低
2、含湿量 Specific humidity
a dry,a 1
3
1
每吸收1kg水分所需加热量
Q mdry ,a (h2 h1 ) 3776kJ
d
§3-10
湿空气
湿空气是指含有水蒸气的空气；
干空气是指不含水蒸气的空气。 大气中的空气或多或少都含有水蒸气， 只是由于其中水蒸气的含量低，有时就按 干空气处理。
空调、通风、烘干、冷却塔、储存 Atmospheric air 分压低 湿空气＝（干空气＋水蒸气） air steam 理想混合气体（道尔顿分压定律）
焓湿图的结构
8、热湿比 已知初态1 h h 1
2
t
4000
过程斜率已知 可确定终态
100%
pv 4000
d
焓湿图的结构
不同的pb 不同的h-d图 h h t
100%
pv
d
§9-9 湿空气的基本热力过程
一、单纯加热或冷却过程 Simple Heating and Cooling 2 2 1 d不变 h 2' 1 1 2 2’ 1 q 加热 h 放热 h 1 1 2 q h2 h1
湿空气的焓、熵和容积
以单位质量干空气为基准，理想混合气体
H ma ha mv hv h ha d hv kJ/kg干空气 ma ma
工程热力学(湿空气)
三、湿空气的基本热力过程
1、加热（冷却）过程 2、冷却去湿过程 3、绝热加湿过程
Q q ma h2 h1
q (h2 h1 ) (d2 d1 )hw
h2 h1
湿空气 t1
t2
1 2 tw
1
2
100%
q0
mv2 mv1 mw ma (d2 d1 ) mw o
H 0 H2 (Hw H1 ) 0
h1 h2
td
d1 d2
d
ma (h2 h1 ) ma (d2 d1 ) hw
h2 h1
工程热力学 Thermodynamics
二、工程应用举例
工程热力学 Thermodynamics
第八章 湿空气
概述 湿空气＝干空气＋水蒸气
一、研究前提
1、气相混合物作为理想气体混合物； pb pa pv
2、干空气不影响水蒸气与其凝聚相的平衡；
3、当水蒸气凝结成液相或固相时，液相或固相中 不含有溶解的空气。
工程热力学 Thermodynamics 二、饱和湿空气和未饱和湿空气
1、烘干过程
湿湿空空气气出出口 3 烘 箱 湿物体入口
湿物体出口 2 加加热热器器
1 湿湿空空气气入入口
2、冷却塔
工程热力学 Thermodynamics
0.1MPa 32o C
100%
空气
1100 m3 min 0.1MPa 15 oC
65%
热水 38 oC
填料 冷水 17o C
工程热力学 Thermodynamics
2、相对湿度
v v pv pv max pv,max ps
3、含湿量（比湿度）
d mv ma
工程热力学 第十二章 湿空气
h1 (d2 d1)hl h2 h 0
d mv Mvnv 18.016 pv 0.622 pv
ma Mana 28.97 pa
p pv
0.622 ps p ps
kg（水蒸气）/kg（干空气）
§13-2 湿空气及其状态参数
d 0.622 ps p ps
在总压力p不变的情况下，一定的蒸汽分压力对
应着一定的含湿量。
在总压力p不变的情况下，相对湿度愈高，含湿
露点。
§13-4 湿空气的焓湿图
2、等焓线（等 h 线）
等 h 线是一组与横坐标轴成135°的直线群。 等 h 线亦可近似看成定湿球温度线（tw）
3、等温线（等 t 线）
h cp,at d (25011.86t)
h 25011.86t d t
可见在 h-d 图上，定t线的斜率为正，且 随t增大斜率增大。
也就是水蒸气的密度
v
1 vv
pv Rg ,vT
§13-2 湿空气及其状态参数
在一定温度下：
v
1 vv
pv Rg ,vT
湿空气中水蒸气的分压力愈大，其绝对 湿度愈大； 水蒸气的分压力不可能超过该温度下水 蒸气的饱和压力
pv ps
§13-2
湿空气及其状态参数
v
1 vv
pv Rg ,vT
水蒸气达到饱和时，湿空气具有该温度下最 大绝对湿度，这时的空气称为饱和空气。
§13-4 湿空气的焓湿图
4、等相对湿度线（等 ）
定 线是一组向上凸的曲线群。
＝100%饱和空气曲线把h-d 图分成
两部分，曲线以上为未饱和湿空气，曲线 以下无实际意义。
5、水蒸气分压力线
pv
工程热力学-湿空气
Const 0
h h
t d
定相对湿度线
h
4、定相对湿度线
h h 1.005t d(25011.863t)
d 622 ps (t) pb ps (t)
是一组向上凸的线
饱和线上部是未饱和 线下部无意义
t 100%
d
水蒸气分压力线
5、水蒸气分压力线
d 0.622 pv pb pv
h1 d2 d1 h水 h2
h1 h2
t φ h d 0
h 1 2 1
d
定温加湿过程
实例：干蒸汽加湿器
对湿空气喷入少量水蒸气，温度虽略有升高，但 可近似认为不变，因此称为定温加湿过程。
q h1 d2 d1 h水 h2
q h2 h1 d2 d1 h水 h2 h1
h2
越干燥，吸水能力强
越湿润，吸水能力低
含湿量（比湿度）
湿空气的热力过程存在相变时，体积和质量等参数均随温度 和湿度的变化而变化，不方便计算 。
但湿空气中干空气的量不变，以此为计算基准较为方便
含湿量 比湿度
d mv ma
g水蒸气/kg干空气
pvV
d 1000 mv 1000 RvT 1000 pv 287 622 pv
ma p
Ra
p
湿空气的密度
1 0.001d
v
v 1 0.001d 1
湿度测量与湿球温度
1.绝热饱和温度法
T
1
1
2
d1
mf
s
2.干湿球温度法
球面上 蒸发热=对流热
tw绝热饱和温度
干球温度、湿球温度、露点温度
T
t
tw td
s
1
工程热力学 第八章 湿空气
d 622
v a
pv
B PV
( g / kg ( a )
14
d 622
ps
B ps
d 622
ps
B ps
( g / kg ( a )
当大气总压力B和空气温度一定时，水蒸气饱和 分压力PS也一定。含湿量d随相对湿度φ的增加 而增加。反之，φ↗，d↗，φ，d变化一至。 湿空气的质量成分： 在已知湿空气的含湿量d的情况下，其质量成 分如下： ga=1/(1+10-3d) = 干/（干+水） d的单位 g 或 gv = 10-3d/(1+10‐³ d) 含湿量在过程中的变化△d，表示1kg干空气组 成的湿空气在过程中所含水蒸气质量的改变。即 湿空气在过程中吸收或析出的水分。这对于空气 15 的加湿或去湿处理是很重要的参数。
2
干空气随时间、地理位置、海拔、环境污染 等因素而产生微小的变化，为便于计算，将干空 气标准化（不考虑微量的其它气体）
成分 O2 相对分子质量 32.000 摩尔成分 0.2095
N2
Ar CO2
28.016
39.944 44.01
0.7809
0.0093 0.0003
空气平均分子质量 28.966 P湿空气=P干空气+P水蒸汽
例题\第十三章\A922133.ppt
28
四、干球温度 t —dry-bulb temperature， 湿球温度 tw—wet-bulb temperature和 绝热饱和温度t ad — adiabatic-saturation temperature
1.干、湿球温度计(wet-and-dry-bulb thermometer; psychrometer)原理
工程热力学 第八章 湿空气
九.湿球温度p143
下图8-2是一个使未饱和空在绝热情况下稳定流 动而达到饱和的物理模型。 这是一个决绝热加湿 过程，空气流经过水面，当空气与水经过.充分的 热质交换后，达热温平衡状态 ，水温达到一稳定 值，出口湿空气达到饱和温度 ，把这一稳定的温 度叫绝热饱和温度，也叫热力湿球温度。Tw*
20
18
1.湿空气作为干气+水气=混合气.必须有三个 独立的参数.才能确立其状态. 2.若湿气就是大气.且B一定. 那么还需要两个 独立的参数。对于总压力B一定的湿空气， 在常 用的t.相对湿度φ.含湿量d.及焓中只有两个是相 对独立的参数.即只要知其两个,就可确定状态,而 求出其余参数. 例;若已知t和 φ(相对)当B一定时. 则由t—查图表→Ps 由t . φ .Ps→d=622φPs/B-φPs (含湿量) 所以t.d→h=1.01t+d(2501+1.85t)/1000 (焓) 所以φ.Ps→Pv=φPs
v ma v a ( m / kg ( a ))
v
V ma
R a T p
(1
Rv Ra
0 .0 0 1 d )
v
R a T p
(1 0 .0 0 1 6 0 6 d )
17
八.焓 湿空气也是以1kg干空气为基准. 它是1kg干空气 ha和0.001dkg水气的hv之和.
21
下图是干湿球温度计的示意图. 有2只相同的水银温度计组成 一支直接与空气接触-----干球温度计 另一支温度计的温饱(水银球)用浸在 水中的湿布包起来.----湿计.
干球温度计的读数称干球温度t 。 湿热平衡时湿球温度计的读数称湿球
温度tw
22
在干球温度计中周围为未饱和湿空气。湿球纱布 上的水将向空气中蒸发，使湿纱布上的水温下降。 （吸热 夏天头顶是毛巾）及湿球温度计上的读数 将下降，这样水域周围的空气产生温度差导致周 围空气像水传热阻止水温下降。但两者达到平衡 时。给水蒸发需Q =空气传来Q,（等焓）湿球温度 计上的读数不再下降。保持一定值，即 tw一定。 由上述分析可看出， tw 与水分的蒸发能力有关。 蒸发能力又与 风速有关，若周围空气为饱和湿空 气。宏观上水不蒸发， 干球温度t =湿球温度tw 。 相对湿度越小，两者温度相差越大。 tw还与空气 流速有关，并不完全取决于是空气的状态，一般 大于4米每秒，测的tw 与 tw* 比较接近。
工程热力学第十章_湿空气
一 概述
2 饱和湿空气和未饱和湿空气
p T
3
t
pv
1
2
3
1
pv
2
v
s
状态1为未饱和湿空气
状态2、3为饱和湿空气
二 湿空气的湿度
1 绝对湿度
1m3湿空气中所含水蒸气的质量。
在数值上绝对湿度等于水蒸气的密度，所以绝对
1 湿空气的焓
湿空气的焓等于干空气的焓与水蒸气的焓之和
H=Ha+Hv=maha+mvh
湿空气的比焓是指含有1kg干空气的湿空气的焓
值，
h
H ma
maha mvhv ma
ha
0.001dhv
基准是单位质量干空气，即等于1kg干空 气的焓和0.001dkg水蒸气的焓之总和
1 湿空气的焓
取0℃时干空气的焓值为零，则干空气的焓可按下 式计算：
ha＝cpt=1.004t kJ/kg（干空气）
由于压力不太高的情况下湿空气中的水蒸汽可看 作理想气体，故其焓值的近似计算式为：
hv＝2501＋1.86t kJ/kg （干空气）
因此
h=1.004t+0.001d(2501+1.86t) kJ/kg （干空气）
三 湿空气的焓、露点温度与湿球温度
2 露点温度
湿度也用符号v表示。
v
1 vv
pv RvT
注意
T一定条件下，绝对湿度仅取决于水蒸气的分压力pv。它反 映了湿空气中水蒸气的疏密程度，并不直接表示湿空气的吸
湿能力和干燥潮湿程度。
工程热力学-第八章湿空气之湿空气的性质
01
——湿空气中水蒸气含量与同温度下最大可能含量之比。
1. pv
ps
2. 0 1
v s
pv ps
v
1 vv
pv RvT
s
1 vs
ps RsT
=0 干空气
吸湿
0 < < 1 未饱和空气
能力
=1
饱和空气
下降
注：当t > ts（p），如在1atm时，t > 100 ℃时，
ρ
m
ma
mv
ma (1
mv ma
) 1 0.001d
1 0.001d
V
V
V
V/ma
v
02. 几个温度
02
2.1 干球温度 t (dry-bulb temperature)，湿球温度 tw (wet-bulb temperature)和绝热饱和温度t ad(adiabatic-saturation
1.6 湿空气其他状态参数 01
按1 kg干空气加0.001d kg水蒸气的理想气体混合物计算
注：湿空气中水蒸气的参数可以通过查水和水蒸气 的热力性质表确定，也可以按理想气体性质计算。
1. 湿空气的容积v
V ν ma va
m3/Kg(a)
2. 密度ρ
ρ m ma mv VV
ρ与v的关系：
pa
p pv
p
d汽膜 d主流
02
02 2. 2 绝热饱和温度(adiabatic-saturation temperature)
02
2.3 露点温度
湿空气中水蒸气压力pv所对应 的饱和温度，td=ts(pv) 。
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第8章 湿 空 气本章基本要求理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、饱和度、湿空气密度、干球温度、湿球温度、露点温度和角系数等概念的定义式及物理意义。
熟练使用湿空气的焓湿图。
掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析。
8.1 湿空气性质一、湿空气成分及压力湿空气=干空气+水蒸汽v a p p p B +==二、饱和空气与未饱和空气未饱和空气=干空气+过热水蒸汽 饱和空气=干空气+饱和水蒸汽 注意：由未饱和空气到饱和空气的途径：1．等压降温 2．等温加压露点温度：维持水蒸汽含量不变，冷却使未饱和湿空气的温度降至水蒸汽的饱和状态，所对应的温度。
三、湿空气的分子量及气体常数Bp M r M r M vv v a a 95.1097.28-=+= BpR v378.01287-=结论：湿空气的气体常数随水蒸汽分压力的提高而增大四、绝对湿度和相对湿度绝对湿度：每立方米湿空气中所含水蒸汽的质量。
相对湿度：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度的比值，svρρφ=相对湿度反映湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。
思考：在某温度t 下，φ值小，表示空气如何，吸湿能力如何；φ值大，示空气如何，吸湿能力如何。
相对湿度的范围：0<φ<1。
应用理想气体状态方程，相对湿度又可表示为svp p =φ 五、含温量(比湿度)由于湿空气中只有干空气的质量不会随湿空气的温度和湿度而改变。
定义：含湿量(或称比湿度)：在含有1kg 干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量称为湿空气的)。
VvP B p d -=622g/kg(a) 六、焓定义：1kg 干空气的焓和0.001dkg 水蒸汽的焓的总和v a dh h h 001.0+=代入：)85.12501(001.001.1t d t h ++=g/kg(a) 七、湿球温度用湿纱布包裹温度计的水银头部，由于空气是未饱和空气，湿球纱布上的水分将蒸发，水分蒸发所需的热量来自两部分：1．降低湿布上水分本身的温度而放出热量。
2．由于空气温度t 高于湿纱布表面温度，通过对流换热空气将热量传给湿球。
当达到热湿平衡时,湿纱布上水分蒸发的热量全部来自空气的对流换热,纱布上水分温度不再降低，此时湿球温度计的读数就是湿球温度。
湿球加湿过程中的热平衡关系式：2312110)(h d d t c h w p =⨯-+-由于湿纱布上水分蒸发的数量只有几克，而湿球温度计的读数又较低，在一般的通风空调工程中可以忽略不计。
因此 21h h =结论：通过湿球的湿空气在加湿过程中，湿空气是一个等焓过程。
8．2 湿空气的焓湿图一、定焓线与定含湿量线 二、定干球温度线 三、定相对湿度线 四、水蒸汽分压力线五、热湿比湿空气在热湿处理过程中，由初态点1变化到终态点2。
若在过程1-2中，在h-d 图上热、湿交换过程1-2将是连接初态点1与终态点2的一条直线，这一条直线具有一定的斜率，称为热湿比。
d hd d h h ∆∆=--=100010002212ε表明：湿空气在热、湿交换过程1-2的方向与特点热湿比ε在h-d 图上反映了过程线1-2的倾斜度，也称角系数。
8．3 湿空气的基本热力过程一、 加热过程是干燥工程中不可缺少的组成过程之一。
状态参数：12t t >12h h >12φφ<0=∆d=q 12h h -kJ /kg(a)二、冷却过程12t t <12h h <12φφ>=q 12h h - （负值） kJ /kg(a)若0=∆d 等含湿量冷却三、绝热加湿过程12t t <12h h =12φφ>12d d >每kg 干空气吸收水蒸汽：12d d d -=∆g /kg(a) 四、定温加湿过程12t t =12h h >12φφ>12d d >=q 12h h -v dh ∆001.0 kJ /kg(a)五、湿空气的混合混合后的状态点：212211a a a a c m m h m h m h ++=212211a a a a c m m d m d m d ++=六、湿空气的蒸发冷却过程443312)(w w w w a h m h m h h m -=-3124310)(-⨯-=-d d m m m a w w例1：如果室外空气的参数为p=1.0133bar ，t=30℃,φ=0.90，现欲经空气调节设备供给2t =20℃，2φ=0.60的湿空气，试用h-d 图分析该空气调节过程，并计算析出的水分及各过程中的热量。
解：利用h-d 图分析计算该题所给条件下的空调过程，如图8.1，根据所给条件t=30℃,φ=0.90，在h-d 图上确定初态1,并查得1h =62.2kJ/k(a)，1d =15.7g/kg(a) 同样,由2t =20℃，2φ=0.60在图上确定终态2,并查得2h =34.1kJ/k(a)，2d =15.7g/kg(a)，由定2d 线与φ=1线的交点4,查得 4h =26.4kJ/kg(a),2d =4d空调过程的分析：定湿冷却过程：湿空气的冷却过程，因其组成成分不变，即含湿量不变,但相对湿度增加,温度下降,直降到露点。
所以,是定湿降温过程。
例如,在h-d 图上自初态1沿1d =15.7g/kg(a)的定湿线进行到与φ=1线的交点3。
此时已成饱和空气,再继续冷却，过程自状态3沿饱和线(临界线)进行,直至与终态含湿量相等的状态4,在这个冷却去湿阶段中,将有水蒸气凝结成水析出,并放出热量。
1-4过程的放热量，可用焓差表示,即q=14h h -=26.4-62.2=-35.8kJ/kg(a) 式中负号表示冷却时湿空气放出热量。
冷却去湿过程：每公斤干空气所析出的水分等于湿空气含湿量的减少量,即14d d d -=∆=7.1-15.7=-8.6g/kg(a)式中负号表示湿空气析出水分。
加热过程：为了达到工程所要求的湿度，常采用降温去湿,但往往使温度过低(如4点C t 08.8=，为了保证空调后的气体温度(本题要求20℃)，去湿后，常常需要加热升温。
是自状态4沿定4d 线进行到终点2,温度升高，含湿量不变，相对湿度下降，这是定湿加热过程。
加热过程的吸热量也可以用焓差表示,即42h h q -==34.1-26.4=7.7kJ/kg(a)例2：已知干湿球湿度计的读数为：干球温度t 1=28℃，湿球温度t 2=19℃，当时的大气压力为p 1=1bar ，用查湿空气图求出的含湿量、露点、相对湿度和焓值。
解：查湿空气的h -d 图，当干球温度t 1=28℃、湿球温度t 2=19℃时，湿空气的含湿量为d 1=0.0105kg/（kg/kg(a)），露点t d =14.6℃，相对温度ϕ=44%，湿空气的焓h =55（kg/kg(a)）。
如与计算值相比，由图上查得的数值误差不大，可以看出湿空气图应用起来简单方便，很有实用价值。
例3：夏天，大气压力p =1.0133bar ，室外空气t 1=34℃，ϕ1=80%。
空调装置向室内供应t 3=20℃，ϕ3=50%的调节空气，空气供应量m A =50kg/min 。
如果空调过程，先将空气冷却去湿，然后再加热至要求的状态。
试计算：（1）每分钟空气需要除去的水分；（2）每分钟冷却介质应带走的热量；（3）加热器加入的热量。
解：按给定参数和过程在h —d 图上查出状态点1、2、3的有关参数，根据t 1、ϕ1查得 d 1=0.0274kg/(kg 干空气)h 1=105kJ/(kg 干空气)根据t 3、ϕ3查得 d 3=0.0073kg/(kg 干空气)h 3=38kJ/(kg 干空气)冷却去湿过程达到的状态为d 2=d 3=0.0073kg/(kg 干空气)的饱和空气状态，照此查得h 2=105kg/(kg 干空气)t 2=9℃（1）空气中需要除去的水分为minkg/005.1)0073.00274.0(50)(21=-⨯=-=d d mma w（2）冷却介质带走的热量为w w a h m h h mQ --=)(2112其中凝结水的焓为kJ/kg 64.379186.42=⨯==t C h pw w 故有min/kJ 2.38667.37005.1)27105(5012=⨯--⨯=Q（3）加热器加入的热量为min/kg 500)2738(50)(2323=-⨯=-=h h m Q a例4：空气的温度t =12℃，压力p =760mmHg ，相对湿度ϕ=25%，在进入空调房间前，要求处理到d 2=5g/kg 干空气，进入空气处理室的空气流量为120m 3/min 。
假定空气处理室所用的喷雾水的水温为t w =12℃。
若是分别按下列三种过程进行：（1）等干球温度处理；（2）等相对湿度处理；（3）绝热加湿处理。
求进入房间的空气相对湿度、温度、处理每公斤干空由加热器传热的热量。
解：（1）等干球温度处理过程向空气中喷入水，使湿空气的含湿量增加，但由于水在蒸发时要吸热，所以空气的干球温度必然要下降（因为将空气的显热变成了汽化潜热）。
因此要维持空气干球温度不变，在喷雾和加湿的同时，还必须用加热盘管向空气供给足够的热量，以维持处理前后空气的干球温度不变。
若喷入空气中的水全部被空气吸收，则根据稳定流动能量方程，由盘管供给空气的热量应为：w w a h m h h m Q --=)(12由质量平衡 )(12d d m m a w -=根据t 1=12℃，ϕ1=25%，从h －d 图上查得空气的初参数分别为：d 1=2.1g/kg 干空气，h 1=18.5kJ/kg 干空气，v 1=0.82m 3/kg 空气处理室出口的参数为：d 2=5g/kg 干空气，t drv 2=12℃，ϕ2=57%，h 2=18.5kJ/kg 干空气 流入的空气流量为120m 3/min ，比容v 1=0.82m 3/kg 。
∴)0021.01(82.01201+=+=a a a m d m m min /kg 03.1460021.134.146==a m从质量平衡的关系式求得：min /kg 423.010001.2503.146=⎪⎭⎫⎝⎛-=w m∴加热盘管的供热量为：min/kJ 876.9274.50423.0)5.1825(03.146=⨯--=Q（2）等相对湿度处理过程由于要求出口含湿量d 2=5g/kg 干空气，所以根据ϕ1=ϕ2=25%及d 2=5g/kg 干空气，由h -d 图上查得其它各参数分别为：2drv t =25.5℃，h2=38.1kJ/kg 干空气入口空气量仍为120m 3/min∴m a =146.03kg/min ，m w =0.423kg/min ，h 2=50.4kJ/kg加热盘管的加热量为：minkJ/5.28674.50423.0)5.181.38(03.146)(12=⨯--=--=ww a h m h h m Q（3）绝热加湿过程绝热加湿过程传给空气的热量为零，所以空气的焓保持不变，即h 1=h 2。