湿空气的计算

第八章 湿空气

学习重点

掌握湿空气、饱和湿空气、未饱和湿空气、露点、绝对湿度、相对湿度、比湿度等概念; 掌握湿空气状态参数的意义及计算方法;

掌握用解析法和图解法计算湿空气的热力过程的方法。 8-1 湿空气的一般概念

湿空气—干空气和水蒸气的混合物。

常温常压下，湿空气中水蒸气的分压力很低，可看作理想气体，因而湿空气可看作理想气体混合物。即

未饱和湿空气—过热水蒸气＋干空气，如点A 所示。

保持T=const ，↑m v →p v ↑ →(p v ＝p s ) →水蒸气达到饱和状态。即水蒸气的含量达到对应温度下的最大值。

饱和湿空气—饱和水蒸气＋干空气，如点B 所示。

保持pv =const ，↓T，当温度降至pv 所对应的饱和温度时，水蒸气达到饱和状态，如C 所示。如继续冷却，有露滴出现。

露点温度（露点）—p v 对应的饱和温度。记作t s 或T s 。

8-2 绝对湿度、相对湿度和含湿量

绝对湿度、相对湿度和含湿量均为描述湿空气中水蒸气含量的参数。

绝对湿度—每立方米湿空气中含有的水蒸气的质量。按理想气体状态方程式，有

T

s

相对湿度

说明了吸收水蒸气的能力。φ↓→吸收水蒸气的能力↑，当φ＝100% （饱和湿空气）→吸收水蒸气的能力为零。

由理想气体状态方程，相对湿度可表示为

相对湿度的测量：毛发湿度计

干湿球温度计

含湿量d—单位质量干空气的湿空气所含有的水蒸气的质量。单位g/kg(干空气)。即

按理想气体状态方程，有

即

将R g,a＝287.1J/(kg·K)及R g,v＝461.5J/(kg K)代入上式，即有

因,

由

得

8-3 湿空气的焓—含湿量图

工程上还常用焓-含湿量图（h-d图）分析湿空气的状态变化及其水蒸气含量的变化。

湿空气过程分析是按单位质量干空气所对应的湿空气进行计算。因此，湿空气的焓值为1kg干空气的焓与dg水蒸气的焓之和，即

式中，h、ha、hv的单位为kJ/kg(干空气)；d的单位为g/kg(干空气)。若规定0℃时干空气的焓及饱和水的焓为零，则有

将其代入焓的表达式可得

焓-含湿量图上有下述图线

①定含湿量线。为一组垂直线。

②定焓线。一组与垂直线成135°角的直线。

③定温线。当温度为定值时，焓h和含湿量d之间保存线性关系，故定温线为一组直线，但不同温度的定温线其斜率不同。

④定相对湿度线。一组曲线。φ＝100％的曲线即为饱和曲线， <100％的区域则为未饱和湿空气区。

⑤含湿量与水蒸气分压力的换算关系线，即pv＝f(d)线。该线给出了pv与d的对应数值。

附录中的焓-含湿量图是按湿空气压力等于0.1MPa的条件所绘制的，若用于分析湿空气压力范围为0.1±0.025MPa的湿空气性质，所得结果的误差小于2％。利用焓-含湿量图，可以确定湿空气的各种参数，也可以表示和分析湿空气的变化过程。

8-4 湿空气的热力过程

湿空气热力过程的分析，主要讨论湿空气的状态变化，及其与外界的能量交换情况。

一、加热过程

加热过程一般在定压条件下完成。

特征：湿空气T↑，d=const。

过程线沿定含湿量线向温度升高的方向进行，过程中，h↑，φ↑。

加热过程中，吸热量等于焓值的增加，即

二、冷却及冷却去湿过程

未饱和湿空气和饱和湿空气的冷却过程具有不同的特点。

未饱和湿空气的冷却过程中，湿空气T↓，d=const。过程线沿定含湿量线向温度降低的方向进行，过程中，h↓，φ↑。

如将湿空气继续冷却至3点，温度降至其露点温度，当湿空气温度降至其露点温度，达到饱和状态后再进一步冷却，就有水蒸气不断凝结析出，湿空气的含湿量随之降低，即饱和湿空气的冷却过程伴随着去湿作用，所以常被称为冷却去湿过程。

在焓-含湿量图上，湿空气的冷却去湿过程沿着φ＝100％的相对湿度线含湿量减小的方向进行。

过程中，湿空气T↓，h↓。

如在冷却去湿过程中，含单位质量干空气的湿空气析出的水份为d3-d4。由热力学第一

定律知，冷却去湿过程中，湿空气的焓降应等于冷却介质带走的热量与凝结水带走的能量之和，即

式中：q为冷却介质带走的热量；h v为凝结水的比焓。

三、绝热加湿过程

在绝热的条件下，湿空气吸收水分，其含湿量增加的过程，称为湿空气的绝热加湿过程。

绝热加湿过程中，单位质量干空气的湿空气吸收的水分为d2－d1，湿空气的焓增为水分带入的能量，即

式中：h v为水的焓。因为水分带入湿空气中的能量0.001(d2－d1) h v与湿空气的焓

h1、h2相比很小，可忽略不计，即

.

绝热加湿过程中，水分蒸发生成水蒸气需从空气中吸收汽化潜热，使得湿空气的温度降低，所以该过程也称为蒸发冷却过程。

四、绝热混合过程

将状态不同的湿空气气流混合，可得到满足温度及湿度要求的湿空气。

气流绝热混合所得到的湿空气的状态，取决于混合前湿空气各气流的流量及状态。

设混合前湿空气各气流的流量、含湿量及比焓分别为

，，…，、d1，d2，…，d n和h1，h2，…，h n，

而混合后湿空气的流量、含湿量及比焓为d及h，则根据质量守恒定律，有

根据热力学第一定律，有

根据混合前湿空气各气流的流量和状态，即可按以上三式确定绝热混合后湿空气的流量和状态。