空调第1章湿空气的物理性质.pdf

2 1 湿空气的物理性质 2 2 湿空气的焓湿图 2 3 湿空气的露点和湿球温度 2 4 焓湿图的应用 2 1 湿空气的物理性质 2 2 湿空气的焓湿图 2 3 湿空气的露点和湿球温度 2 4 焓湿图的应用 第一章 湿空气的物理性质及焓湿图 第一章 湿空气的物理性质及焓湿图 1 什么是湿空气 Moist Air 地球大气由氮 氧 氩 二氧化碳 水蒸气 及极微量的其他气体所组成 水蒸汽以外的所有 组成气体称为干空气 看作是不变的整体 因 此 大气是干空气与水蒸汽组成的混合气体 1 1 湿空气的物理性质1 1 湿空气的物理性质 moist air dry air water vapor 常温常压下湿空气可看 作是理想气体 水蒸气是过热状态 分 子无体积 分子间无内 聚力 P 10MPa PV RT 各组分同 大气压随海拔高度变化 海平面 B 101325Pa 1 01325Bar 常温下饱和水蒸气分压 力一般为1000 6000 Pa 大气压力随海拔高度而变 在同一位置 冬季大气压力 比夏季大气压力高 变化范 围5 以内 北纬45 海平面全年平均大 气压力作为标准大气压 为 101325Pa 或760mmHg 成分成分相对分子质量相对分子质量摩尔成分摩尔成分 O232 000 0 2095 N228 016 0 7809 Ar39 944 0 0093 CO244 01 0 0003 水蒸汽含量虽小 与干空气质量比在千分 之几到千分二十几的范围内 但作用不小 在通风 干燥 空调等与人体舒适相关的工程 中必须予以考虑 干空气随时间 地理位置 海拔 环境污染等 因素而产生微小的变化 为便于计算 将干空气标 准化 不考虑微量的其它气体 2 未饱和湿空气和饱和湿空气 饱和蒸汽 过热蒸汽 水蒸汽 饱和蒸汽 过热蒸汽 水蒸汽 过热水蒸汽 干空气 未饱和湿空气 饱和水蒸汽 干空气 饱和湿空气 过热水蒸汽 干空气 未饱和湿空气 饱和水蒸汽 干空气 饱和湿空气 T s unsaturated airsaturated air 3 湿空气的基本状态参数 压力 密度 含湿量 相对湿度 焓 露点温度 压力 密度 含湿量 相对湿度 焓 露点温度 由于空气和水蒸汽所组成的湿空气也应遵循 理想气体的变化规律 所以适用以下公式 湿空气基本状态参数湿空气基本状态参数 PvRT mRTPV 或 压力压力 Pressure 由道尔顿 由道尔顿 Dalton s law 分压定律 分压定律 Empirical priciple1801年 1 n i i pp 湿空气的总压力为湿空气的总压力为p qg PPP 或 qg PPB 水蒸汽分压力大小直接反映了水蒸汽含量的多少水蒸汽分压力大小直接反映了水蒸汽含量的多少 从气体分子运动论的观点来看 密度密度 density 湿空气的密度 干空气密度 水蒸气密度 T P T B TR P TR P q q q g g qg 00132 000348 0 单位容积的湿空气所具有的质量 称为密度 含湿量含湿量 moisture content 在湿空气中与在湿空气中与lkg干空气同时并存的干空气同时并存的水蒸汽量水蒸汽量称为含湿量称为含湿量 g q m m d 由Vg Vq V Tg Tq T 以及Rg 287 J kg K Rq 46l J kg K 287 0 6220 622 461 gqqqq qgggq Rpppp d R pppBp 当大气压力B一定时 水汽分压力 只取决于含 湿量d q P 湿空气中所含水蒸汽的量湿空气中所含水蒸汽的量 湿空气的湿度 humidity 绝对湿度绝对湿度 absolute humidity 每1m每1m3 3湿空气中所含的水蒸气的质量 单位为 kg水蒸汽 m 湿空气中所含的水蒸气的质量 单位为 kg水蒸汽 m3 3湿空气湿空气 qqq p Vm R T qq q 1 q mp VR Tv 即湿空气的绝对湿度为水蒸汽比容的倒数 即湿空气的绝对湿度为水蒸汽比容的倒数 相对湿度相对湿度 relative humidity 湿空气湿空气的水蒸汽压力与同温度下的水蒸汽压力与同温度下饱和湿空气饱和湿空气的水蒸 气 的水蒸 气压力压力之比之比 100 bq q P P 湿空气的相对湿度与含湿量之间的关系可导出 bq bq b PB P d 622 0 q q pB p d 622 0 bq bq PB P 622 0 100 bq q b PB PB d d 表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度 反映所含 水蒸气的饱和程度 反映所含 水蒸气的饱和程度 相对湿度小相对湿度小 吸收水蒸汽的能力越强吸收水蒸汽的能力越强 相对湿度大相对湿度大 吸收水蒸汽的能力越弱吸收水蒸汽的能力越弱 绝对湿度一日中相对稳定 相对湿度与气温变化相反 焓焓 enthalpy 干空气的焓干空气的焓 gp g hCt 水蒸汽的焓水蒸汽的焓 tCh qpq 2500 1 d 千克湿空气的焓为 千克湿空气的焓为 2500 1 01 2500 1 84 p gp q hCtCt dtdt 或 1 01 1 84 2500hd td 露点温度露点温度 dew point 温度下降到使得空气的温度下降到使得空气的d值等于表中某一饱和 含湿量 值时 这 个所对应的温度称为该 未饱和空气的露点温度 值等于表中某一饱和 含湿量 值时 这 个所对应的温度称为该 未饱和空气的露点温度 b d b d 换言之 露点温度就是当湿空气下降 到一定温度 有凝结水出现时的温度 换言之 露点温度就是当湿空气下降 到一定温度 有凝结水出现时的温度 l t 表 l t 表 出现结露现象 无结露现象 l t 1 2 湿空气的焓湿图 1 2 湿空气的焓湿图 Psychrometric Chart 1 湿空气的焓湿图 h d 焓湿图 h d 的组成 等温线t 等焓线 h 等含湿量线d 等相对湿度线 水蒸气 分压力线Pq 角系数线 焓湿图组成焓湿图组成 等焓线 等湿线1 2 等温线 等相对湿度线3 5 4 水蒸汽分压力线 热湿比线 角系数角系数 d 0102030 q P 2 10Pa 5000 3000 2000 1000 0 6000 2000 h d 图是如何画出来的 h 1 01t 2500 1 84t d Pq Pqb 0 622 0 622 q q q p B d dp BPd 焓湿图是对应于某一大气压力Pa下以比焓h为纵座 标 含湿量d为横坐标绘制而成的 也常称h d图 焓 湿图是取t 0和d 0的干空气状态点为坐标原点 采用 斜角坐标系统 两坐标夹角等于135 坐标夹角大 小不影响湿空气状态参数之间的对应关系 只是改变 了图线的形状和位置 目的是使图面展开 避免把图 上线条挤在一起 以保持图线清晰 我国使用的焓湿 图是参照原苏联和德国等国家使用的形式 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 d g Kg 25 15 5 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 RH h KJ Kg 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 5 10 15 20 25 T 30 10 20 30 10 20 30 40 50 40 50 6060 Pq 10Pq 10 2 2 pa pa 50005000 40004000 20002000 10001000 0 0 21 21 1000 hh dd 0 热湿比 0 d0Ih 0 d0IIh 0 d0IIIh 0 d0IVh dAdB A B hA hB 100 空气状态变化在空气状态变化在h d图上的表示图上的表示 28 C 20 C A B B 4d 20h 5000 用线确定空气终状态用线确定空气终状态 画热湿比线的画热湿比线的3种方法 种方法 1 用三角板推平行线用三角板推平行线 2 借助量角器借助量角器 3 用计算的办法直接 画出 用计算的办法直接 画出 1 湿球温度湿球温度 Wet bulb temperature 湿球温度的概念在空气调节中至关重要 湿球温度是在定压绝热条件下 空气 与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热 饱和温度 也称热力学湿球温度 理论上理论上 1 3 湿空气的湿球温度和露点温度1 3 湿空气的湿球温度和露点温度 稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式 1212 w hddhh tw PP t1 d1 h1 t2 d2 h2 使未饱和的湿空气使未饱和的湿空气1与水有足够的接触表面和时间与水有足够的接触表面和时间 则出来则出来2点的将是饱和的湿空气点的将是饱和的湿空气 2点的温度称为湿球 温度 点的温度称为湿球 温度 它比湿空气本身的温度它比湿空气本身的温度 干球温度干球温度 要低要低 如图 干球温度计的感温包上包一块湿布 湿布放于水缸中 就是 湿球温度计 测得的温度可近似认为是湿球温度 由于水蒸发都要 吸收空气的热量 所以 湿球温度Tw Tw Td 1 1 4 焓湿图的应用 湿空气的焓湿图不仅能表示其状态和各 状态参数 同时还能表示湿空气状态的 变化过程变化过程 并能方便地求得两种或多种 湿空气的混合状态混合状态 湿空气的加热过程 湿空气 状态变化 过程 湿空气 状态变化 过程 等焓减湿过程 等焓加湿过程 湿空气的冷却过程 变化过程的特征表 湿空气的加热过程 变化过程的特征表 湿空气的加热过程 湿空气的冷却过程湿空气的冷却过程 等焓减湿过程等焓减湿过程 等焓加湿过程等焓加湿过程 A B A B A C CA E A D D 等温加湿过程 A F 冷却干燥过程 A G 多变过程 G E F Heating 加热 加热 Isothermal humidify 等温加湿 等温加湿 Adiabatic humidify 绝热加湿 绝热加湿 Adiabatic dehumidify 绝热除湿 Cooling dehumidify 降温除湿 绝热除湿 Cooling dehumidify 降温除湿 0 Cooling 冷却冷却 2500 1 84 2500 1 84 q q dt h t dd 象 限热湿比 状态参数变化趋势 过程特征 hdt 0 增焓增湿 喷蒸汽可近似实现 等温过程 0 减焓 减湿 0 减焓 增湿 降温 h d图中不同象限内湿空气状态变化过程的特征图中不同象限内湿空气状态变化过程的特征 过程图过程图 3 不同状态空气的混合过程在h d图上的表示 状态为A h状态为A hA A d dA A 的湿空气 质量流量为G 的湿空气 质量流量为GA A kg s 状态为B h kg s 状态为B hB B d dB B 的湿空气 质量流量为G 的湿空气 质量流量为GB B kg s 混合状态为C h kg s 混合状态为C hC C d dC C 混合后的空气质量流量为 G 混合后的空气质量流量为 GC C G GA A G GB B 根据热平衡关系式 G根据热平衡关系式 GA A h hA A G GB B h hB B G GA A G GB B h hC C 根据湿平衡关系式 G根据湿平衡关系式 GA A d dA A G GB B d dB B G GA A G GB B d dC C 混合后空气焓值 h混合后空气焓值 hC C G GA A h hA A G GB B h hB B G GA A G GB B 混合后空气含湿量 d 混合后空气含湿量 dC C G GA A d dA A G GB B d dB B G GA A G GB B 不同状态空气的混合态在不同状态空气的混合态在h d图上的确定图上的确定 两种状态的空气混合规律两种状态的空气混合规律 dA hA dB hB hC dC B C A A C B 结论 1 两种不同状态的空气相混合 混合状态点必落 在这两点的连线上 2 混合状态点C将线段AB分为两段 这两段长度 之比 等于参与混合的两种空气质量的反比 且混合点 靠近质量大的空气一端 GA GB hC hB hA hC dC dB dA dC CB AC 过饱和区空气状态变化过程图过饱和区空气状态变化过程图 A D C Bhc tD hd d 100 4 19 CDD hhtd 湿空气中的水蒸 气凝结后 凝结 热释放在空气中 湿空气中的水蒸 气凝结后 凝结 热释放在空气中 带走了水的液体 热 使得空气的 焓值略有下降 带走了水的液体 热 使得空气的 焓值略有下降 课堂练习课堂练习 已知一台柜式空调机送风量为已知一台柜式空调机送风量为6000m3 h 回风量为 回风量为5000m3 h 回风状态为 回风状态为tN 24 N 60