Chapter6HumidAir

濕空氣工程熱力學(xué)

EngineeringThermodynamicsSAMThermalEnergyEngineeringDpt.

SAMThermalEnergyEngineeringDpt.

6-1§6-1未飽和濕空氣與飽和濕空氣

Unsaturatedhumid

AirandSaturatedhumid

Air

§6-2絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度和含濕量

Absolutehumidity,RelativeHumidityandHumidityContent

§6-3濕空氣的焓-含濕量圖

Enthalpy—humiditycontentdiagramofhumidair§6-4濕空氣的熱力過(guò)程

ThermodynamicprocessofhumidairSummarySAM§6-1未飽和濕空氣與飽和濕空氣UnsaturatedHumid

AirandSaturatedHumid

AirSAMThermalEnergyEngineeringDpt.

6-2濕空氣humidair：mixtureofdryairandwatervapor(moisture).

Atnormaltemperatureandpressure，thepartialpressureofvaporofhumidairisrelativelylow,whichcanbetakenasidealgas，therefore,thehumidaircanbetreatedasideal-gasmixture.SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-3

通常，濕空氣中水蒸氣的含量很少，低于空氣溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓力，即濕空氣中水蒸氣處于過(guò)熱蒸汽的狀態(tài)。未飽和濕空氣unsaturatedhumid

air

：過(guò)熱蒸汽+干空氣飽和濕空氣

saturatedhumid

air

：飽和蒸汽+干空氣A-C:不變，濕空氣溫度降低，當(dāng)濕空氣溫度降低到對(duì)應(yīng)的水蒸氣飽和溫度時(shí)，濕空氣由未飽和濕空氣轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜐窨諝狻AMThermalEnergyEngineeringDpt.6-3

對(duì)于液相溶液定壓加熱時(shí)，開始產(chǎn)生第一個(gè)氣泡的狀態(tài)稱為沸點(diǎn)（也稱泡點(diǎn)），該點(diǎn)溫度稱為沸點(diǎn)溫度（泡點(diǎn)溫度）。此時(shí)，工質(zhì)開始處于氣液平衡狀態(tài)，繼續(xù)加熱，直至只剩最后一滴液滴的狀態(tài)，此狀態(tài)稱為露點(diǎn)，其溫度稱為露點(diǎn)溫度。或者說(shuō)，氣相溶液定壓冷卻至出現(xiàn)第一滴液滴狀態(tài)的溫度，稱為露點(diǎn)溫度。對(duì)于純質(zhì)，沸點(diǎn)與露點(diǎn)的溫度一致。拓展內(nèi)容：沸點(diǎn)與露點(diǎn)SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-3

露點(diǎn)溫度（露點(diǎn)）DewPoint

：濕空氣中水蒸氣分壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度（即C點(diǎn)溫度）①可用露點(diǎn)計(jì)或溫度計(jì)測(cè)得；②利用飽和水蒸氣表或圖查得。露點(diǎn)計(jì)是一個(gè)裝有易揮發(fā)液體乙醚的表面鍍鉻的金屬容器。由于乙醚揮發(fā)需要吸收熱量，使整個(gè)容器的溫度不斷下降，當(dāng)鍍鉻的金屬表面開始失去光澤，這時(shí)溫度計(jì)所示的溫度，即露點(diǎn)溫度。在測(cè)量露點(diǎn)溫度過(guò)程中，濕空氣總壓力p以及分壓力pv和pa都保持不變，僅是露點(diǎn)計(jì)周圍濕空氣的局部溫度下降到td。所以，金屬表面的結(jié)露過(guò)程是一個(gè)等壓冷卻飽和過(guò)程。SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-3

§6-2

絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度和含濕量Absolutehumidity,RelativeHumidityandHumidityContent

每立方米濕空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量。1.絕對(duì)濕度absolutehumidity：

其數(shù)值等于濕空氣溫度及水蒸氣分壓力所確定的狀態(tài)下水蒸氣密度。①絕對(duì)濕度是描述濕空氣中水蒸氣含量大小的狀態(tài)參數(shù)，它與水蒸氣的分壓力成正比；②在一定的溫度下，飽和濕空氣的絕對(duì)濕度最大，它僅是溫度的函數(shù)。可看出：SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-4

2.相對(duì)濕度relativehumidity:

在相同溫度下未飽和濕空氣的絕對(duì)濕度和飽和濕空氣的絕對(duì)濕度的比值。

若按理想氣體狀態(tài)方程近似計(jì)算，則：相對(duì)濕度表示濕空氣中水蒸氣含量的飽和程度，也說(shuō)明濕空氣進(jìn)一步吸收水蒸氣的能力。↓→濕空氣越遠(yuǎn)離同溫度下的飽和狀態(tài)，濕空氣越干燥，吸濕能力越強(qiáng)。表示干空氣，吸收水蒸氣的能力最大。表示飽和濕空氣，若溫度不變此時(shí)的吸水能力為零。SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-5

相對(duì)濕度常用毛發(fā)濕度計(jì)或干濕球溫度計(jì)測(cè)定。干球溫度即為濕空氣的溫度，濕球溫度主要取決于相對(duì)濕度。飽和濕空氣，濕布中的水份不能蒸發(fā)，未飽和濕空氣，且相對(duì)濕度越小，干、濕球的差值越大。SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-6

濕球溫度在數(shù)值上等于濕空氣的絕熱飽和溫度。

濕空氣經(jīng)歷一個(gè)絕熱飽和過(guò)程所達(dá)到的溫度，稱為該濕空氣的絕熱飽和溫度，它又可稱為理論濕球溫度，或熱力學(xué)濕球溫度。

濕空氣的絕熱飽和過(guò)程又可近似看成定焓過(guò)程。SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-7

濕空氣的三種飽和過(guò)程，可用水蒸氣坐標(biāo)圖體現(xiàn)。g/kgDASAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-7

3.含濕量humiditycontent

相對(duì)于單位質(zhì)量干空氣的濕空氣所含有的水蒸氣的質(zhì)量。若按理想氣體近似計(jì)算：一般p一定，d取決于pv則p、t

一定時(shí)，d取決于φSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-8

結(jié)論：SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-8

例設(shè)大氣壓力為0.1MPa，溫度為30℃，相對(duì)濕度為60%,試求濕空氣的露點(diǎn)溫度、絕對(duì)濕度及含濕量。1.濕空氣的焓

enthalpy

of

humidairSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-8

§6-3濕空氣的焓-含濕量圖

Enthalpy—humiditycontentdiagramofhumidairkJ/kgDAkJ/kgkJ/kg∴kJ/kgDA濕空氣的焓基準(zhǔn)規(guī)定：0℃時(shí)，干空氣的焓及飽和水的焓為零。濕空氣的比焓為1kg干空氣的焓和dg水蒸氣的焓之和。SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-9

注意：①濕空氣中水蒸氣的焓基準(zhǔn)，與水蒸氣圖表的基準(zhǔn)（三相點(diǎn)溫度0.01℃時(shí)，u'≡0）是不同的，但相差甚小。因此，在濕空氣的計(jì)算中，仍可使用水蒸氣圖表。②濕空氣的上述基準(zhǔn)并非唯一的。由于行業(yè)的不同，或因濕空氣應(yīng)用場(chǎng)合的不同，對(duì)于干空氣可選用不同的基準(zhǔn)溫度。因此，在使用有關(guān)濕空氣的圖表時(shí)，應(yīng)有意識(shí)地注意它的基準(zhǔn)。2.Structureofdiagram(1)constanthumiditycontentline(2)constantenthalpyline(3)constanttemperatureline(4)constantrelativehumidityline(5)relationbetweenhumiditycontentandvaporpartialpressureSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-9

工程上，最常采用的是總壓力為0.1MPa的焓濕圖。SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

例濕空氣壓力為0.1MPa、溫度為30℃、相對(duì)濕度為60%，試由h-d圖求濕空氣的露點(diǎn)溫度、焓、含濕量及水蒸氣的分壓力及濕球溫度。T↑，h↑，↓,1.加熱過(guò)程

heatingprocess:heatingprocessisnormallyachievedunderconstantpressure.feature：d

=const，pv

=constSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-10

§6-4濕空氣的熱力過(guò)程

Thermodynamicprocessofhumidair一．濕空氣的典型熱力過(guò)程吸熱量2.冷卻及冷卻去濕過(guò)程Coolinganddehumidificationprocessfeature：T↓，h↓，↑

(1)coolingprocessofunsaturatedhumidairSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-10

(2)coolinganddehumidificationprocessfeature：d

=const，pv

=const放熱量h↓,T↓,d↓,pv↓,但φ不變（φ=1）。濕空氣的焓降等于冷卻介質(zhì)帶走的熱量及冷凝水帶走的熱量之和。3.絕熱加濕過(guò)程

AdiabatichumidifyingprocessSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-12

在絕熱的條件下濕空氣吸收水分，使其含濕量增加的過(guò)程稱為絕熱加濕過(guò)程。

由于絕熱加濕過(guò)程中水分蒸發(fā)成水蒸氣要從空氣中吸熱，從而使?jié)窨諝獾臏囟冉档停栽撨^(guò)程又稱為蒸發(fā)冷卻過(guò)程。

絕熱加濕過(guò)程中，對(duì)應(yīng)單位質(zhì)量干空氣的濕空氣吸收的水分為d2-d1

，則濕空氣的焓增就是由于水蒸氣帶進(jìn)的焓值

∴濕空氣的絕熱加濕過(guò)程可近似看成定焓過(guò)程。4.絕熱混合過(guò)程AdiabaticmixingprocessSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-13

混合后的狀態(tài)3取決于混合前的流量、狀態(tài)。合流態(tài)3的確定∶干空氣質(zhì)量守衡∶水蒸氣質(zhì)量守衡∶4.絕熱混合過(guò)程Adiabaticmixingprocess--2SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-13

圖示量段法∶即合流點(diǎn)3必在12的連線上，且在偏大流量一側(cè)。SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

二．濕空氣熱力過(guò)程實(shí)例1．物料干燥過(guò)程濕空氣在干燥箱中的過(guò)程可近似看成定焓過(guò)程。例6-3

物料烘干裝置如圖所示。已知進(jìn)入加熱器的空氣狀態(tài)為t1＝20℃,φ1＝60％，被加熱到t2＝60℃后，進(jìn)入烘干室。若從烘干室流出時(shí)的空氣溫度為t3＝30℃，試求從物料中吸收1kg水分所需的干空氣質(zhì)量，以及在加熱器中所需的熱量。如果從烘干室流出的空氣已達(dá)到飽和狀態(tài)，其結(jié)果又將怎樣？SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

2．空氣調(diào)節(jié)過(guò)程例6-4

為了向室內(nèi)供給溫度為20℃、相對(duì)濕度為0.6的空氣，需要通過(guò)空調(diào)設(shè)備來(lái)交換空氣。若室外氣溫為30℃，相對(duì)濕度為0.8，試計(jì)算每供給1kg干空氣所需的⑴放熱量和加熱量；⑵析出的水分。SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

例6-5

某車間由于設(shè)備工作而散發(fā)的熱量為Q＝170kJ/min，蒸發(fā)出的水份為mv＝0.38kJ/min。室外空氣溫度t0＝5℃，相對(duì)濕度φ0＝80%。若要維持車間空氣溫度為t1＝22℃

，相對(duì)濕度φ＝70%，試計(jì)算⑴所需的通風(fēng)量；⑵對(duì)室外空氣的加熱量。SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

例6-6一股溫度t1＝12℃、相對(duì)濕度φ1＝20%、流量ma1＝30kgDA/min的濕空氣，與另一股溫度為t2=25℃、相對(duì)濕度φ2＝80%

、流量ma2＝15kgDA/min的濕空氣，在絕熱條件下混合，混合前后的壓力均為0.1MPa。試求混合后空氣的相對(duì)濕度、溫度和含濕量。

3.絕熱混合過(guò)程實(shí)例SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

例6-7某電廠的冷卻塔如圖所示。已知濕空氣入口狀態(tài)為t1＝30℃、φ1＝40%；濕空氣出口狀態(tài)為t2＝38℃、φ2＝98%。若冷卻水由t3＝40℃被冷卻到t4＝25℃。試求：⑴冷卻