PDF《第十二章 湿空气》

第十二章 湿空气 一般情况下,空气中或多或少都含有一些水蒸气,故称其 为湿空气.

完全不含水蒸气的空气称为干空气.虽然在一般情 况下由于水蒸气含量很小,在分析空气的状态变化时可以不考 虑水蒸气的影响.但是,经常有一些状态变化过程涉及到空气 中水蒸气所产生的影响,这时就必须分析空气中水蒸气的含量 及状态的变化特点.例如,在物料的干燥及加湿过程中,在采 暖通风、空气调节工程中,都涉及到这类过程.本章主要讲述 有关湿空气的基本概念,描述湿空气状态的参数及其相互关 系,确定湿空气状态的方法和湿空气的过程. 12-1 湿空气的一般概念 湿空气是干空气和水蒸气的混合物.在常温常压下,湿空气 中水蒸气的分压力很低,可以近似地看作理想气体,因而湿空气 可以看作为理想气体混合物.按理想气体混合物的性质,湿空气 的压力p应为干空气的分压力pa与水蒸气的分压力pv之和,即p=pa+pv (12-1) 一般情况下,湿空气中水蒸气的分压力总是低于空气温度所 对应的饱和压力,即湿空气中的水蒸气处于过热蒸汽的状态.这 种由过热水蒸气和干空气组成的湿空气称为未饱和湿空气.未饱 和湿空气中水蒸气的状态如图12-1上点A所示.如保持湿空气的 温度不变,使湿空气中水蒸气的含量增加,则湿空气中水蒸气的 分压力pv也随之增大.当pV增大至当时空气温度所对应的饱和压 12-1 湿空气的一般概念 ・297・ 图12-1 湿空气中水蒸气状态示意图 力ps时,水蒸气达到饱和状态,如图上B点所示.这时湿空气中 水蒸气的含量达到对应温度下的最大值.这种由饱和水蒸气和干 空气所组成的湿空气称为饱和湿空气. 如果湿空气受冷而温度降低,则湿空气中水蒸气在其分压力 pv保持不变的条件下温度不断降低,其状态变化过程如图上A-C 所示.当湿空气的温度降低到水蒸气的分压力pv所对应的饱和温 度时,水蒸气达到饱和状态,如图上C点所示.从C点开始,如 果湿空气再受冷,就会在湿空气中出现露滴.因此,把湿空气中 水蒸气的分压力pv所对应的饱和温度称为湿空气的露点温度,或 简称露点,用td表示. 露点可用露点计或湿度计测定.露点计中利用乙醚在金属容 器中蒸发而使容器表面温度连续下降,当容器外表面上开始出现 露滴时的温度,就是湿空气的露点温度.根据露点温度的定义, 露点温度所对应的饱和压力就是湿空气中水蒸气的分压力pv,故 可利用饱和水蒸气表或图查取. 12-2 绝对湿度、相对湿度和含湿量 湿空气中水蒸气的含量是影响湿空气状态的一个重要参数. 第十二章 湿空气 ・298・ 因此,湿空气状态的确定,除了常用的p、v、T、h等参数外,还 必须有描述湿空气中水蒸气含量的参数. 湿空气中水蒸气的含量,通常采用绝对湿度、相对湿度和含 湿量等参数从不同的方面来说明. 每立方米湿空气中含有的水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿 度.绝对湿度的数值,等于湿空气温度及水蒸气分压力所确定的 状态下水蒸气的密度 .绝对湿度的数值可由水蒸气图或表查 得OF3也可按理想气体状态方程式近似计算,即vρvρ=VmV = T R p V g, V (12-2) 式中,Rg,v为水蒸气的气体常数. 在一定的温度下,饱和湿空气中所含水蒸气的量达最大值, 故其绝对湿度值最大.因此,可取未饱和湿空气的绝对湿度和饱 和湿空气的绝对湿度的比值,表示湿空气中水蒸气含量的饱和程 度,称为相对湿度,用? 表示,即?=sVρρ(12-3) 式中, 为饱和湿空气的绝对湿度.相对湿度说明了湿空气进 一步吸收水蒸气的能力.相对湿度愈小,其吸收水蒸气的能力愈 大,而相对湿度为100%的饱和湿空气,其吸收水蒸气的能力为 零.若根据理想气体状态方程近似计算,相对湿度可按式(12-2) 表示为 s ρ ? = s v p p (12-3a) 相对湿度常用毛发湿度计或干湿球温度计测定.干湿球温度 计由两个温度计组成.一个为普通温度计,称为干球温度计,另 一个是湿球温度计,它是一个在水银球上包有湿布的普通温度 计.干球温度计所测得的温度,就是湿空气的温度.湿球温度计 所测得的温度则是湿布中水的温度.在未饱和湿空气中,湿布中 12-2 绝对湿度、相对湿度和含湿量 ・299・ 的水总在不断蒸发,并要吸收汽 化热,因此湿布中水的温度将低 于湿空气的温度.湿空气的相对 湿度愈小,湿布中水分蒸发得愈 快,而湿球温度就愈低.反之, 在饱和湿空气中,湿布中的水不 能蒸发,于是湿球温度和干球温 度相等.将湿空气的相对湿度和 干球温度、湿球温度间的对应关 系画成图线(如图12-2所示),就 可按照干、湿球温度计上的读 数,查取所测空气的相对湿度. 图12-2 按照干、湿球温度确定湿空气相对湿度的图线,一般是在大 气压力为0.1 MPa的条件下绘制的.当大气压力偏离0.1 MPa很多 时,需加以适当的修正. 需注意的是,湿球温度不仅与湿空气的相对湿度有关,而且 还受蒸发和传质速率的影响.显然,相对湿度相同的湿空气,流 速大时要比流速小时的湿球温度低.实验表明,当空气流速在 2~10 m/s范围内,可忽略流速对湿球温度的影响.在查

图表和 进行计算时,应以这种通风式干、湿球温度计的读数为准. 在湿空气的湿度调节或物料的干燥及加湿处理过程中,湿空 气中干空气的质量是不变的,因而经常采用相对于单位质量干空 气的湿空气所含有的水蒸气的质量,来表示湿空气中水蒸气的含 量,称为含湿量,用d表示,其单位常用g/kg(干空气).因此, 含湿量的定义可表示为 d=1

000 s v m m =1

000 s v ρ ρ g/kg(干空气) (12-4) 若按理想气体状态方程近似计算,则有 第十二章 湿空气 ・300・ mv= T R V p v g, v ma= T R V p a g, a 即svmm=sVppgv ga R R 把干空气和水蒸气的气体常数Rg,a=287.1 J/(kg・K)及Rg,v=461.5 J/(kg K)代入上式,即可按式(12-4)把含湿量近似地表示为 d=622 a v p p 作为理想气体的混合物,有pa=p-pv.于是可得 d=622 V V p p p ? (12-4a) 又按相对湿度的关系式?=pv /ps ,上式可表示为 d=622 s s p p p ? ? ? (12-5) 该式说明:当湿空气的压力p一定时,湿空气的含湿量d取决于湿 空气的相对湿度?.当相对湿度为100%,即水蒸气的分压力等 于饱和压力ps时,含湿量d就达到最大值.如果提高湿空气的温 度,则对应的水蒸气的饱和压力ps即增高,因而湿空气的最大含 湿量也随之增大. 例12-1 设大气压力为0.1 MPa,温度为30 ℃,相对湿度为60%,试求 湿空气的露点温度、绝对湿度及含湿量. 解 根据饱和水蒸气表,30 ℃时ps=0.004

24 MPa,干饱和蒸汽的密度 ρ"=0.030

37 kg/m3 . (1)露点温度 已知相对湿度?=60%,故可以得到 pv=? ps=0.6*0.004

241 MPa=0.002

544 MPa 根据饱和水蒸气表,当ps=0.002

544 MPa时,ts=21.5 ℃,该温度即为露点 12-2 绝对湿度、相对湿度和含湿量 ・301・ 温度. (2)绝对湿度 按相对湿度为60%时,有ρv=?ρs=0.6*0.030

37 kg/m3=0.018

22 kg/m3 (3)含湿量 d=622 v v p p p ? =622* MPa

544 002 .

0 MPa

1 .

0 MPa

544 002 .

0 ? =16.2 g/kg干空气 12-3 湿空气的焓-含湿量图 为分析计算湿空气的状态变化及其水蒸气含量的变化,除应 用公式进行计算外,还可应用根据有关计算式制成的工程用的线 图.我国常用的线图是焓-含湿量图或称h-d图. 因湿空气的各种过程主要是考虑湿空气中水蒸气含量发生变 化时的有关问题,故湿空气过程分析总是按单位质量干空气所对 应的湿空气进行计算.这时,湿空气的焓值为1 kg干空气的焓与 d g水蒸气的焓之和,即h=ha+0.001dhv (12-6) 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,则按焓的表 示式可得 ha=cp0,a t=1.004t hv=L0℃+cp,v t=2 501+1.859t 把这两个关系式代入焓的表达式可得 h=1.004t+0.001d(2 501+1.859t) (12-6a) 在焓-含湿量图上有下述图线,如图12-3所示: ⑴定含湿量线.如图上d=dA线所示,它是一组垂直线. ⑵定焓线.如图上h=hA线所示,它是与垂直线成135°角的 一组直线. 第十二章 湿空气 ・302・ ⑶定温线.如图上t= tA 线所示.由式(12-6a)可知,当温度为定值时,焓h 和含湿量d之间保存线性关 系,故定温线为一直线, 但不同温度的定温线其斜 率不同. ⑷定相对湿度线.如 图上?=?A线所示,它是一 组曲线.?=100%的曲线即为饱和曲线,?