2014/6/9
第7章 湿空气
|
本章要求
掌握湿空气的相对湿度、绝对湿度、含湿量和露点等 概念；
| |
7.1 湿空气的性质 7 2 湿空气的状态参数 7.2 7.3 湿空气的焓—湿图 7.4 湿空气的基本热力过程和应用
会使用湿空气的h-d h d图； 图 掌握湿空气的有关计算。
7.1 湿空气的性质
一、概念
湿空气——含有“水蒸气”的空气，是干空气和水蒸汽的 混合气体。 干空气——完全不含水蒸气的空气。 空气环境内的空气成分和人们平时说的“空气”，实际 是干空气和水蒸气，即湿空气 。
•
与湿空气有关的常见工业过程： 空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、采暖 通风、冷却水塔中的水冷却过程等。
• 下标约定：
a——干空气的参数 v——水蒸气的参数 s——饱和水蒸气参数 无下标——湿空气参数
湿空气＝（干空气＋水蒸气）
pa
理想混合气体
pv
分压低
p = pa + pv
pv = RgT pV = mRgT p
湿空气与一般理想混合气体的最大区别是：
水蒸气的成分可能变化！！！
1
2014/6/9
二、未饱和湿空气和饱和湿空气
过热蒸汽 水蒸气 饱和蒸汽 T
2、未饱和湿空气
ps pv
干空气＋过热水蒸气
1、饱和湿空气
干空气＋饱和水蒸气
pv
T
ps
pv ＝ ps(T)
¾ 如湿空气温度为30℃时，水蒸汽
的分压为0.0042451MPa。
加入水蒸气，pv 降低温度， ps(T)
饱和
s
¾ 温度一定时，不能再加入水蒸气。
s
饱和湿空气中的水蒸气含量已达到极限，超过这个极限，就会有水滴析出。 如：夏天气温低时自来水管上出现水珠、清晨草叶上的露珠。
从未饱和湿空气
饱和湿空气的途径如图：
1）湿空气的温度不变，增加水蒸汽含量，使水蒸汽分压增大，直到pv=ps， 如图中B—A过程。 2）湿空气中的水蒸汽含量不变，水蒸汽分压不 变，降低湿空气温度，直 到T=Ts ， 如图中B—C 过程。水蒸汽在C点开始凝结，生成水滴或结露， 此温度称为露点。
T
三、湿空气的露点
|
露点温度：湿空气中水蒸汽分压力pv所对应的饱和温度，用
td表示。即在一定的pv下未饱和湿空气冷却到饱和湿空气时（将 结出露珠）的温度。td=ts（pv） td↑→pv↑→水蒸汽含量↑
|
ps
p
确定方法：可由露点仪测得。或在饱和水蒸汽表或湿空气表
pv
A B
A
中根据pv查得。 露点温度对锅炉的设计及运行有很大的实际意义。
C
B
|
冬季室内玻璃窗内侧为什么会结霜？
o
s
o
v
7.2 湿空气的状态参数 一、绝对湿度
——单位容积(1m3) 湿空气中包含的水蒸气质量(kg)， 亦即水蒸气的密度ρv (kg/m3)。
二、相对湿度
——表明湿空气中水蒸汽含量与其最大可能含量的 比值，即湿空气的绝对湿度ρv与同温度下饱和湿空气的绝对 湿度ρ’’ 之比。
m p ρv = v = v V Rg , v T
不能说明湿空气在该状 态下的干湿程度。
kg
ϕ=
m3
ρv ρ p = v = v ρ '' ρ max ps
φ=0，干空气
式中：Rv为水蒸汽的气体常数，一般取461.9J/(kg.K)。
在一定温度下：
ϕ 的变化范围为 0～1，反
映了湿空气中水蒸气的含
• 湿空气中水蒸气的分压力pv愈大，其绝对湿度ρv愈大；
• 湿空气中水蒸气的分压力不可能超过该温度下水蒸气的饱和压力 • 当pv = ps时，湿空气具有该温度下的最大绝对湿度：ρ v
0
pv ≤ ps
量接近饱和的程度，也称 为饱和度。
= ρ max
饱和湿空气
ps = = ρ'' Rg ,vT
2
2014/6/9
相对湿度测定 • 思考
——相对湿度ϕ 愈小，表明什么？
——干湿球温度计 1. 干球温度t
★ 相对湿度ϕ 愈小，表示空气中水蒸气离饱和状态越远， 即越干燥，此时空气吸收水分的能力越强； ★ 反之，空气愈潮湿，吸湿能力越弱。
2. 湿球温度tw
ϕ = 1 t = tw= td= ts(pv)
ϕ tw> td
ϕ ϕ
t-tw t-tw
三、含湿量
工程上的干燥、吸湿等过程，利用空气吸收水分，过程中 干空气质量保持不变，水蒸汽质量发生变化。为方便计算，湿 空气的状态参数（如含湿量、焓、气体常数、比体积、比热容 等），都以单位质量（1kg）干空气为基准。
水蒸气、干空气均作为理想气体处理：
mv =
pvV Rg ,vT
ma =
paV Rg ,aT
其中，Rg,v=461.9J/(kg.K)，Rg,a=287J/(kg.K)，且pb=pv+pa。
定义 1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量 定义： 空气 携带的水蒸气质 称“含湿 d”。 ”
d=
mv ρ v = ma ρ a
kg ( 水蒸气 )
kg ( 干空气）
pvV pv ϕ ps mv Rg ,vT Rg ,a pv d= = = = 0.622 0 622 = 0.622 0 622 paV ma Rg ,v pa pb − pv pb − ϕ ps Rg , a T kg ( 水蒸气 )
总压力pb不变时：一定的蒸汽分压力pv对应一定的含湿量d；
kg ( 干空气）
d = 1000
mv ρ = 1000 v ma ρa
g ( 水蒸气 )
kg ( 干空气）
pv越大，相对湿度φ愈大，含湿量d也愈高；
四、湿空气的焓
H = ma ha + mv hv
意义：
h = 1.005t + d ( 2501 + 1.86t )
考虑到湿空气中水蒸气的质量常变，而干空气质量相对稳 定，所以湿空气的比焓是也相对于单位质量干空气而言的。
m h + mv hv h= a a = ha + dhv ma
工程上，取0℃时 干空气的焓 ha=0 0 饱和水的焓 hv=0
kJ
kg ( 干空气）
比焓是空调中的一个重要参数，用来计算在定压条件下 对湿空气加热或冷却时吸收或放出的热量。q=Δh
影响因数：
kJ kg ( 干空气）
干空气的焓 ha = c p t = 1.005t 温度t下 水蒸气的焓
湿空气的比焓不是温度 t 的单值函数，而取决于温度和 含湿量两个因素。
hv = 2501 + 1.86t
kJ
kg ( 干空气）
湿空气的焓
h = 1.005t + d ( 2501 + 1.86t )
3
2014/6/9
五、湿空气的熵
以1kg干空气为基准：
s = sa + d ⋅ sv
六、湿空气的比体积
v=
kJ
( kg ( 干 空 气 ）K) i
RT V mRgT (ma + mv ) RgT = = (1 + d ) g m3/kg(干空气) = ma p p ma ma p
其中：Rg = wa Rg ,a + wv Rg ,v = 287 + 461.9d 1+ d
4
2014/6/9
第7章 湿空气
|
本章要求
掌握湿空气的相对湿度、绝对湿度、含湿量和露点等 概念；
| |
7.1 湿空气的性质 7 2 湿空气的状态参数 7.2 7.3 湿空气的焓—湿图 7.4 湿空气的基本热力过程和应用
会使用湿空气的h-d h d图； 图 掌握湿空气的有关计算。
7.1 湿空气的性质
一、概念
湿空气——含有“水蒸气”的空气，是干空气和水蒸汽的 混合气体。 干空气——完全不含水蒸气的空气。 空气环境内的空气成分和人们平时说的“空气”，实际 是干空气和水蒸气，即湿空气 。
•
与湿空气有关的常见工业过程： 空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、采暖 通风、冷却水塔中的水冷却过程等。
• 下标约定：
a——干空气的参数 v——水蒸气的参数 s——饱和水蒸气参数 无下标——湿空气参数
湿空气＝（干空气＋水蒸气）
pa
理想混合气体
pv
分压低
p = pa + pv
pv = RgT pV = mRgT p
湿空气与一般理想混合气体的最大区别是：
水蒸气的成分可能变化！！！
1
2014/6/9
二、未饱和湿空气和饱和湿空气
过热蒸汽 水蒸气 饱和蒸汽 T
2、未饱和湿空气
ps pv
干空气＋过热水蒸气
1、饱和湿空气
干空气＋饱和水蒸气
pv
T
ps
pv ＝ ps(T)
¾ 如湿空气温度为30℃时，水蒸汽
的分压为0.0042451MPa。
加入水蒸气，pv 降低温度， ps(T)
饱和
s
¾ 温度一定时，不能再加入水蒸气。
s
饱和湿空气中的水蒸气含量已达到极限，超过这个极限，就会有水滴析出。 如：夏天气温低时自来水管上出现水珠、清晨草叶上的露珠。
从未饱和湿空气
饱和湿空气的途径如图：
1）湿空气的温度不变，增加水蒸汽含量，使水蒸汽分压增大，直到pv=ps， 如图中B—A过程。 2）湿空气中的水蒸汽含量不变，水蒸汽分压不 变，降低湿空气温度，直 到T=Ts ， 如图中B—C 过程。水蒸汽在C点开始凝结，生成水滴或结露， 此温度称为露点。
T
三、湿空气的露点
|
露点温度：湿空气中水蒸汽分压力pv所对应的饱和温度，用
td表示。即在一定的pv下未饱和湿空气冷却到饱和湿空气时（将 结出露珠）的温度。td=ts（pv） td↑→pv↑→水蒸汽含量↑
|
ps
p
确定方法：可由露点仪测得。或在饱和水蒸汽表或湿空气表
pv
A B
A
中根据pv查得。 露点温度对锅炉的设计及运行有很大的实际意义。
C
B
|
冬季室内玻璃窗内侧为什么会结霜？
o
s
o
v
7.2 湿空气的状态参数 一、绝对湿度
——单位容积(1m3) 湿空气中包含的水蒸气质量(kg)， 亦即水蒸气的密度ρv (kg/m3)。
二、相对湿度
——表明湿空气中水蒸汽含量与其最大可能含量的 比值，即湿空气的绝对湿度ρv与同温度下饱和湿空气的绝对 湿度ρ’’ 之比。
m p ρv = v = v V Rg , v T
不能说明湿空气在该状 态下的干湿程度。
kg
ϕ=
m3
ρv ρ p = v = v ρ '' ρ max ps
φ=0，干空气
式中：Rv为水蒸汽的气体常数，一般取461.9J/(kg.K)。
在一定温度下：
ϕ 的变化范围为 0～1，反
映了湿空气中水蒸气的含
• 湿空气中水蒸气的分压力pv愈大，其绝对湿度ρv愈大；
• 湿空气中水蒸气的分压力不可能超过该温度下水蒸气的饱和压力 • 当pv = ps时，湿空气具有该温度下的最大绝对湿度：ρ v
0
pv ≤ ps
量接近饱和的程度，也称 为饱和度。
= ρ max
饱和湿空气
ps = = ρ'' Rg ,vT
2
2014/6/9
相对湿度测定 • 思考
——相对湿度ϕ 愈小，表明什么？
——干湿球温度计 1. 干球温度t
★ 相对湿度ϕ 愈小，表示空气中水蒸气离饱和状态越远， 即越干燥，此时空气吸收水分的能力越强； ★ 反之，空气愈潮湿，吸湿能力越弱。
2. 湿球温度tw
ϕ = 1 t = tw= td= ts(pv)
ϕ tw> td
ϕ ϕ
t-tw t-tw
三、含湿量
工程上的干燥、吸湿等过程，利用空气吸收水分，过程中 干空气质量保持不变，水蒸汽质量发生变化。为方便计算，湿 空气的状态参数（如含湿量、焓、气体常数、比体积、比热容 等），都以单位质量（1kg）干空气为基准。
水蒸气、干空气均作为理想气体处理：
mv =
pvV Rg ,vT
ma =
paV Rg ,aT
其中，Rg,v=461.9J/(kg.K)，Rg,a=287J/(kg.K)，且pb=pv+pa。
定义 1kg干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量 定义： 空气 携带的水蒸气质 称“含湿 d”。 ”
d=
mv ρ v = ma ρ a
kg ( 水蒸气 )
kg ( 干空气）
pvV pv ϕ ps mv Rg ,vT Rg ,a pv d= = = = 0.622 0 622 = 0.622 0 622 paV ma Rg ,v pa pb − pv pb − ϕ ps Rg , a T kg ( 水蒸气 )
总压力pb不变时：一定的蒸汽分压力pv对应一定的含湿量d；
kg ( 干空气）
d = 1000
mv ρ = 1000 v ma ρa
g ( 水蒸气 )
kg ( 干空气）
pv越大，相对湿度φ愈大，含湿量d也愈高；
四、湿空气的焓
H = ma ha + mv hv
意义：
h = 1.005t + d ( 2501 + 1.86t )
考虑到湿空气中水蒸气的质量常变，而干空气质量相对稳 定，所以湿空气的比焓是也相对于单位质量干空气而言的。
m h + mv hv h= a a = ha + dhv ma
工程上，取0℃时 干空气的焓 ha=0 0 饱和水的焓 hv=0
kJ
kg ( 干空气）
比焓是空调中的一个重要参数，用来计算在定压条件下 对湿空气加热或冷却时吸收或放出的热量。q=Δh
影响因数：
kJ kg ( 干空气）
干空气的焓 ha = c p t = 1.005t 温度t下 水蒸气的焓
湿空气的比焓不是温度 t 的单值函数，而取决于温度和 含湿量两个因素。
hv = 2501 + 1.86t
kJ
kg ( 干空气）
湿空气的焓
h = 1.005t + d ( 2501 + 1.86t )
3
2014/6/9
五、湿空气的熵
以1kg干空气为基准：
s = sa + d ⋅ sv
六、湿空气的比体积
v=
kJ
( kg ( 干 空 气 ）K) i
RT V mRgT (ma + mv ) RgT = = (1 + d ) g m3/kg(干空气) = ma p p ma ma p
其中：Rg = wa Rg ,a + wv Rg ,v = 287 + 461.9d 1+ d
4