空气与水直接接触时的热湿交换
空气与水直接接触时的热湿交换原理
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空气调节 复习指导
1、空调系统根据空气处理设备的集中程度分类，可分为：（集中式空调系统）、（半集中式空调系统）、（分散式空调系统）。
2、在相同大气压和温度下，同容积的湿空气比干空气（轻）。
3、当空气与水直接接触进行热湿交换时，产生显热交换的推动力是（温差），产生质交换对的推动力（水蒸气分压差），产生全热交换的推动力是（焓差）。
4、影响人体热舒适感的因素主要由（温度、湿度、空气的流动速度、物体表面辐射温度、人体活动量、衣着）等。
5、天气从晴转阴，大气压力要（降低），同一地区冬季的大气压要（高于）夏季的大气压。
6、确定夏季空调室外设计参数要采用（夏季室外干球温度）和（夏季室外湿球温度）两个状态参数；确定冬季空调室外设计参数要采用（冬季室外干球温度）和（冬季室外相对湿度）两个状态参数。
7、表面式换热器只能实现（等湿冷却过程）、（等湿加热过程）和（冷却减湿过程）三种空气处理过程。
8、利用循环水喷雾处理空气，在i-d图上可以看做是（等焓加湿）过程，喷蒸汽处理空气，可以看做是（等温加湿）过程，空气通过加热器处理可以看作是（等湿加热）过程。
9、空调系统中常用的送风口有（散流器、百叶、孔板、喷口、旋流送风口）等型式。
10、在太阳与地球间的各种角度中，对到达地面太阳辐射强度影响最大的是（太阳高度角）。
11、空气调节的任务，就是在任何自然情况下，能维持某一特定的空间或房间具有一定的（温度）、（湿度）、（空气的流动速度）和（洁净度）等技术指标。
12、空调房间室内的温度、湿度通常用二组技术指标来规定，被称作（空调基数）和（空调精度）。
13、按负荷室内负荷所用介质种类，空调系统可分为（全空气系统、全水系统、空气-水系统、冷剂系统）。
14、当空调室内热、湿负荷变化时，为了保持室内温、湿度参数不变，常采用调节（再热量）的方法。
15、一次回风定风量调节系统，采用露点送风与采用非露点送风相比，其夏季冷负荷的主要差别在于（再热量），当室内负荷相同时，采用露点送风所需送风量（少）。
空调技术思考题
空调技术思考题第⼀章1、什么是空⽓？有哪⼏种基本状态？能否相互转化？⼈类赖以⽣存的空⽓环境，通常称为“空⽓”；基本状态：1、⼲饱和蒸⽓（⼲蒸⽓）2、湿饱和蒸⽓（湿蒸⽓）3、过热蒸⽓。
三种状态在⼀定条件下可以相互转化。
2、空⽓中的⽔蒸⽓从何⽽来？含量情况如何？会对什么有影响？来源：1、江河湖海中的⽔的⾃然蒸发；2、⽣物（⼈、动物、植物）⽣理过程产⽣的⽔的蒸发或⽔蒸⽓的直接散发；3、⽣产⼯艺过程中使⽤和产⽣的⽔的蒸发或⽔蒸⽓的直接散发。
含量情况：空⽓中的⽔蒸⽓的含量不是定值，⽽是在⼀定范围内变化的。
影响：1、影响⼈的舒适感甚⾄健康；2、影响某些产品的质量和成品率；3、影响⽣产⼯艺过程；4、影响设备状况；5、影响处理空⽓的能耗。
3、什么是⼲空⽓？其基本性质是什么？从空调的⾓度如何对待？⼲空⽓是指除去空⽓中的⽔蒸⽓后的那部分空⽓，即不含⽔蒸⽓的空⽓。
基本特性：1、在常温常压条件下不发⽣相变，即不会液化也不会凝固；2、组成成分及⽐例不变；3、不可压缩。
如何对待：因为在空⽓处理的过程中，空⽓中的⽔蒸⽓含量变化较⼤，⽽⼲空⽓的成分和数量却保持了相对的稳定，可以作为⼀个整体来对待。
4、⼤⽓压⼒是不是定值？与什么有关？原因是什么？⼤⽓压⼒不是⼀个定值，它与海拔⾼度成反⽐，海拔⾼度越⾼，空⽓越稀薄，⼤⽓压⼒⾃然就越⼩。
⼤⽓压⼒不仅与海拔⾼度有关，还随季节、⽓候艺集空⽓中⽔蒸⽓含量的变化⽽变化。
5、空⽓中的⽔蒸⽓分压⼒是什么压⼒？空⽓中的⼲空⽓分压⼒⼜是什么压⼒？⽔蒸⽓分压⼒是指空⽓中的⽔蒸⽓单独占有空⽓的体积，并具有与空⽓相同的温度时所具有的压⼒。
同理可引出⼲空⽓分压⼒。
6、⼤⽓压⼒与⼲空⽓分压⼒和⽔蒸⽓分压⼒之间是什么关系？⼤⽓压⼒=⼲空⽓分压⼒+⽔蒸⽓分压⼒（Pb=Pg+Pq）7、湿球温度是什么温度？⼲湿球温度计为什么可以测量空⽓的相对湿度？湿球温度是指在⼲湿球温度计中由⽔银球⽤潮湿纱布包裹的湿球温度计所测量的温度。
空气的热湿处理
空气的热湿处理为了使空调房间送风的热、湿度达到要求，在空调系统中必须有相应的热湿处理设备，通过各种处理方法（如对空气的加热或冷却、加湿或减湿），满足所要求的送风状态。
在空调工程中，用喷淋水处理空气得到广泛应用，尤其是对于大型的生产性空调，要求相对温度严格的场合。
喷水室中水和空气直接接触，热湿交换率高；空气被洗涤净化；只要适当改变水温，就能对空气进行加热、加湿或降温、减湿处理。
1、水和空气的热湿交换过程空气与水之间热湿交换规律所谓喷水室处理空气，是用喷嘴将不同温度的水喷成雾状水滴使空气与水之间产生强烈的热、湿交换，从而达到一定的处理效果。
在喷水室中，由于喷嘴的作用布满了无数小水滴。
现取一滴水进行分析，如图1所示。
由于水滴表面的蒸发作用，在水滴表面形成一层空气薄层。
不论是空气中的汽分子，还是水滴表面饱和空气层中的水汽分子，都在作不规则运动，空气中的水分子有的进入饱和空气层中，饱和空气层中的水汽分子有的也跳到空气层中去。
若饱和空气层中水汽压力大于空气中的水汽压力，由饱和空气层跳进空气中的水汽分子，多于由空气跳进饱和空气层中的水汽分子，这就是水分蒸发现象，周围空气被加湿了。
相反，如果周围空气跳到水滴表面饱和空气层中水汽分子，多于从饱和空气层中跳到空气中的水汽分子，这就是水汽凝结现象，空气被干燥了。
这种由于水蒸气压力差产生的蒸发与凝结现象，称为空气与水的湿交换。
图1 空气与水的热湿交换2、空气与水直接接触时的状态变化过当空气流过水滴表面是时，把水滴表面饱和空层的一部份饱和空气吹走。
由于水滴表面水汽分子不断蒸发，又形成新的饱和空气层，这样饱和空气层将不断与流过的空气相混合，使整个空气状态发生变化。
如果喷水量无限大，水和空气接触时间又无限长，则全部空气都能达到饱和状态，并具有水的温度。
在图2中，O表示被处理空气的状态点，当用水喷淋空气时，随着水温不同，可以得到七种典型的空气状态变化过程。
（1）tsh＞tg水温度高于空气的干球温度,过程线为O-1.显然,空气状态变化的程线在等温线索年方,如果在过程线上任取一点表示处理后的空气状态点,可见处理后的空气温度、湿量、焓均增加。
喷水室内空气与水直接接触的热湿交换过程分析
０ 引 言
喷水 室是 一 种 以水 为 介 质 的 热 湿处 理装 置 ， 它能 实现 对空 气 的 多种 处 理 ，被 广 泛 应 用 于 中央 空调 工程 。运 行 时 ，喷水 室 内喷 出许 多小水 滴 ，与 进入 室 内的空 气 直 接接 触 进 行 热 湿 交换 ，从 而 使 空气 的状 态 发生 变 化 。在 水 量 无 限多 、接 触 时 间 无 限长 的理想 条 件 下 ，喷水 温度 决 定 了喷 水 室 可 以对 空气 进行 何种 处理 ，也就 是说 ，要使 用 喷水 室 达到 预期 的空 气处 理效 果就应 设 置一定 的喷水 温 度 ，这 是 因为喷 水 温 度 是决 定 喷水 室 内空 气 与水 热湿 交换 方 向的重要 因素 。为深 入 了解 喷 水室 内 空气 与水 之 间的 热湿 交 换 过 程 ，促 使 达 到 理 想 的 空气 处理要 求 ，本 人 以下从 焓 湿 图得 出不 同喷水 温度 时空 气处 理 过程 的特 点 后 ，进 一 步 对 各 过 程 中空 气与 水 的热湿 交换 方 向进行 了分 析 。
焓 和减焓 的分界 线 ； 表 示 空气 的干 球温 度 ，则 ｔ
表 １
喷 水 室 中 空 气 与 水 直 接 接 触 时 七 种 热 湿 处 理 过 程 的 空气 状 态 参数 变 化 特 点 （表 示 喷 水 温 度 ）
２ 水 室 内七 种 空 气处 理 过 程 的 热 湿 ２表不 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ｓｐａｙ ｃｈａｍｂｅｒ，ｔｈｅｎ ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ａｉｒ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄ ａｉｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐｒｏｇｒｅｓｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｓｐｒａｙ ｃｈａｍｂｅｒ；Ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ；Ｓｅｎｓｉｂｌｅ ｈｅａｔ；Ｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ
空气的热湿处理[知识探索]
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后挡水板：使夹在空气中的水满分离出来，以减少空气 带走 的水量(过水量)。
风音书屋
10
（3）池底部接管
底池又和四种管道相连。这四种管道是：
(1) 循环水管：底池通过滤水器与循环水管相连，使落到底池的水 能重复使用。 滤水器的作用是能除去水中杂物，以免堵塞喷嘴。 (2) 溢水管：底池通过溢水器与溢水管相连，以便排除夏季内空气 中冷凝出来的水 或收集回水。此外，溢水器的喇叭口上有水封罩可 将喷水室内、外空气隔绝，并使底池 水面维持一定高度。
以热水为热媒的空气加热器，管路的串、并联方式与表 冷器相同，但以蒸汽为热媒的空气加热器，其蒸汽管路与 各台换热器之间只能用并联，不能用串联。
表冷器垂直安装时务必要使肋片保持垂直。 表冷器的下面都应设置集水盘和泄水管。
风音书屋
18
a:蒸汽管道与加热器并联
b\c:冷（热）水管道与冷 却器（加热器）并\串联。
未饱和空气
边界 层
水滴
边界层
(a)
水
(b)
空风气音与书屋水的热、湿交换
4
(a)敞开的水面 （b)飞溅的水滴
（二）空气与水直接接触时的状态变化过程
假想条件：和空气接触的水量无限大，接触 时间无限长。
结果是：热湿交换后全部空气都达到饱和 状态，并具有水的温度。
风音书屋
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风音书屋
6
理想条件：空气与水的接触时间足够长，水量有限 结果是：热湿交换后全部空气都达到饱和状态， 水与空气的运动方向相同时（顺流），空气终温等于水终温 水与空气的运动方向相对时（逆流），空气终温等于水初温。 水温变化
实际工程中：空气与水的接触时间不够充分，而且 水量是有限的，空气的终状态往往达不到饱和，只 能达到ψ=95%左右。空风音气书屋 的终温与水存在温差7 。来自第三节 用喷水室处理空气
水和空气中热传递的主要方式
水和空气中热传递的主要方式
水和空气中热传递的主要方式包括以下三种：
1. 热传导：热量通过物质分子之间的直接接触传递。
在水和空气中，热传导主要发生在物质内部，从温度较高的部分向温度较低的部分传递热量。
2. 热对流：流体（如水和空气）中，热传递通过流体的流动来实现。
当流体中存在温度差异时，较热的部分会上升，较冷的部分会下降，形成对流循环，从而实现热的传递。
3. 热辐射：热量通过电磁波的形式传递，不需要介质。
热辐射可以在真空中进行，也可以在空气和水中发生。
物体向周围环境发射电磁波，其他物体接收这些电磁波并吸收其中的热量。
在实际情况中，这三种热传递方式可能同时存在，并且相互影响。
例如，在水的加热过程中，可能同时存在热传导、热对流和热辐射。
空气的热传递也类似，但由于空气的比热容较小，热传导和热对流的作用相对较弱，而热辐射的影响可能相对较大。
需要注意的是，具体的热传递方式和效果会受到多种因素的影响，如温度差、流体的流动情况、物体的表面性质等。
对于特定的热传递问题，需要综合考虑这些因素来准确描述热传递过程。
湿空气的物理性质及其焓湿图
第一章湿空气的物理性质及其焓湿图教学目的：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。
第一节湿空气的物理性质一、基本概念１、大气的组成成分：水蒸气、氧气、二氧化碳等。
２、干空气：由各种气体成分组成，空调中视为稳定的混合物。
３、湿空气：由干空气和一定量的水蒸气组成，空调工程中称其为湿空气。
二、理论基础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。
三、状态参数在常温常压下，湿空气可视为理想气体。
可以用理想气体状态方程描述其状态参数。
1、湿空气的压力B湿空气的压力即大气压力，B＝P g＋P q (Pa)2、湿空气的密度ρρ＝ρg＋ρq＝P g/RT＋P q /RT＝0.003484B/T-0.00134P q /T一般取ρ =1.2Kg/m33、湿空气的含湿量d湿空气中的水蒸气密度与干空气密度之比称为湿空气的含湿量。
d＝ρq/ρg=0.622P q /P g=0.622P q /(B-P q) (Kg/Kga)4、相对湿度ϕ湿空气的水蒸气压力与同温度下的饱和湿空气压力之比称为相对湿度；它表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。
ϕ＝P q /P q,b×100%≈d/d b×100%5、湿空气的焓i空调工程中，空气压力变化很小，可近似于定压过程，因此可直接用空气的焓变化来度量空气的热量变化。
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2.A-4过程
在上述假想条件下，以温度等于空气湿球温度 的水与空气直接接触，便可实现A-4过程。这 时，空气的终状态将变成该空气的湿球温度状 态。然而由于等湿球温度线与等焓线非常接近， 所以也可说空气的状态变化为等焓加湿或绝热 加湿过程。因此，总热交换量为0.但是，由于 t＞tb和d＜db，说明还存在着显热交换和潜热 交换。所以，空气状态的变化是等焓加湿过程。
3.A-6过程
在上述假想条件下，用温度等于空气干球温度 的水与空气直接接触，便可实现A-6过程。这 时，由于t=tb，所以空气的显热量不发生变 化。。但是，由于d＜db,说明空气将被加湿， 空气的潜热量将增加。结果，空气的状态变化 是等温加湿过程。
2、理想条件下的状态变化过程 ＊理想条件：空气与水的接触时间足够长、但水量有 限。 ＊状态变化过程：水温发生变化，全部空气都能达到 饱和状态，且空气终温等于水终温（或水初温）。
dQx (t tb )dF
式中 α —空气与水表面的显热换热系数， W/(m2.℃）； t—周围空气的温度，℃； tb—边界层的空气温度，℃。
湿交换量是：
dW D (C Cb )dF
式中 α D—空气与水表面之间按水蒸气分子浓度 差计算的湿交换系数，m/s； C—周围空气中水蒸气分子浓度，kg/m3； Cb—边界层空气中水蒸气分子浓度，kg/m3.
温度或 含湿量 显热 或潜热 降低 减小 降低 不变 降低 增大 降低 增大 降低 增大 不变 增大 升高 增大
焓或 总热 减小 减小 减小 不变 增大 增大 增大
过程名称
减焓减湿冷却 减焓等湿冷却 减焓加湿冷却 等焓加湿冷却 增焓加湿冷却 增焓等温加湿 增焓加热加湿
1.A-2过程
在上述假想条件下，以温度等于空气露点温度 的冷水与空气直接接触，便可实现A-2过程。 这时，尽管空气与水接触，但是由于d=db，所 以湿交换量dW=0，空气既未加湿，也未减湿。 但是由于t＞tb，所以存在显热交换，空气将 向水传热而使空气温度下降。结果，空气状态 的变化是等湿冷却过程。
0
p2 p4 p6
水蒸气分压力（Pa)
t6 =tA t4 =ts t2 =tl
Φ =100%
A
7
6
5 4 3
2
1
过程线
A→1 A→2 A→3 A→4 A→5 A→6 A→7
空气与水直接接触时各种过程的特点
水温特点
tw tl tw tl tl <tw ts tw =ts ts <tw <tA t w =tA t w >tA
界层空气向主体空气传热；反之，则主体空气向边界 层空气传热。
＊湿交换的推动力 主体空气与边界层空气之间的水蒸汽分压力差。 当边界层空气的水蒸汽分压力大于主体空气的水
蒸汽分压力时，水蒸汽分子由边界层向主体空气迁移 （蒸发）；反之，则水蒸汽分子由主体空气向边界层 迁移（凝结）。
当空气与水在一个微小表面dF(m2)上接触时， 显热交换量将是：
dQx =dQq
(t tb )dF=r (db d)dF
1 r(db d ) 1 cp (t tb )
/ =cp 即热交换系数与湿交换系数之比为常数。也适用
于其他过程。
适用条件：在给定雷诺准则Re条件下，质交换的施米特准则 Sc与热交换的普朗特准则Pr数值相等，且边界条件的数学表达 式也完全相同时，此时反映对流热交换过程强度的努谢尔特准 则Nu及反映对流质交换过程强度的宣乌特准则Sh才相等。 绝热加湿、冷却干燥、等温加湿、加热加湿等过程
和湿交换同时发生的潜热交换量是：
dQq r dW r (d db )dF
式中 r—温度为tb时水的汽化潜热，J/kg 因为总热交换量 dQz dQx dQq ，于是，有
下式：
dQz (t tb) r (d db)dF
二、空气与水直接接触时的状态变化过程 1、假想条件下的状态变化过程 ＊假想条件：与空气接触的水量无限大、接触时间无 限长。 ＊状态变化过程：水温不变，全部空气都能达到饱和 状态，且空气终温等于水温。
湿膜加湿器 超声波加湿器 液体吸湿剂装置
表面式热湿 空气加热器 处理设备 空气冷却器
第二节 空气与水直接接触时 的热湿交换
一、空气与水饱和空气
边界层
水滴
边界层
水
空气与水的热、湿交换
(a)敞开的水面 （b)飞溅的水滴
空气与水的热、湿交换
＊热交换的推动力 主体空气与边界层空气之间的温差。 当边界层空气的温度高于主体空气的温度时，边
第一节 空气热湿处理设备的类型
空气流经热湿交换 介质与空气直接接触 介质表面
热湿交换设备
将热湿交换介质喷 淋到空气中间
介质不与空气直接接触
热湿交换在设 备金属表面进 行
空气热湿处理设备的类型
介质：水、水蒸汽、制冷剂、液体和固体吸湿剂
热湿处 理设备
接触式热湿 处理设备
喷水室
蒸汽加湿器 高压喷雾加湿器
第五章 空气的热湿处理
第一节 空气热湿处理设备的类型； 第二节 空气与水直接接触时的热湿交换； 第三节 用喷水室处理空气； 第四节 用表面式换热器处理空气； 第五节 空气的其它热湿处理方法； 第六节 空气的其它热湿处理装置；
基本要求： 1、了解空气热湿处理的途径和设备。 2、掌握用喷水室处理空气的原理、特点及热工计算方 法； 3、掌握用表面式换热器处理空气的原理、特点及热工 计算方法； 4、了解空气的其他热湿处理方法和设备。
3、实际条件下的状态变化过程 ＊实际条件：空气与水的接触时间有限、水量也有限 ＊状态变化过程：空气最终难以达到饱和状态。
实际变化过程不为直线，但工程中只关心初终状 态，可以用连接初终状态的直线来表示空气的变化过 程。
三、刘伊斯关系式及其应用 刘伊斯关系式
绝热加湿过程，空气失去的显热=水分蒸发需要的潜热：
dQz [ t tb rb d db ]dF [Cp t tb rbd db ]dF
Cp 1.01 1.84d
rb 2500 1.84tb 4.19tb 2500 1.84tb