工程热力学第三版电子教案第8章

第第 8 8 章章 湿空气湿空气 8 1 本章基本要求 73 8 2 本章难点 73 8 3 例题 73 8 4 思考及练习题 78 8 5 自测题 81 8 8 1 1 本章基本要求本章基本要求 理解绝对湿度 相对湿度 含湿量 饱和度 湿空气密度 干球温度 湿球温度 露点温度和角系数等概念的定义式及物理意义 熟练使用湿空气的焓湿图 掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析 8 8 2 2 本章难点本章难点 湿空气是一种理想混合气体 遵循理想混合气体的性质 但它与一般理想混合气体 又有重要区别 由于湿空气中的水蒸汽分压力达到饱和压力时将引起部分水蒸汽的 冷凝 湿空气中的水蒸汽的含量将随之改变 因此要注意湿空气的特殊性质 1 结露和露点 湿空气在定压下降温到与水蒸汽分压力相对应的饱和温度时 所 出现的冷凝现象称为结露 其温度为露点 即水蒸汽分压力相对应的饱和温度为露 点温度 2 饱和湿空气和未饱和湿空气 依据其湿空气中水蒸汽是否达到饱和状态 可划 分这两类湿空气 3 湿空气的干球温度和湿球温度 湿空气的温度称为干球温度 用湿纱布包住水 银温度计的水银柱球部时 紧贴湿球表面的饱和湿空气温度称为湿球温度 通常湿 球温度低于干球温度 高于露点温度 8 8 3 3 例题例题 例例 1 1 如果室外空气的参数为 p 1 0133bar t 30 0 90 现欲经空气调节设 备供给 20 0 60 的湿空气 试用 h d 图分析该空气调节过程 并计算析出 2 t 2 的水分及各过程中的热量 解解 利用 h d 图分析计算该题所给条件下的空调过程 如图 8 1 根据所给条件 t 30 0 90 在 h d 图上确定初态 1 并查得 62 2kJ k a 15 7g kg a 1 h 1 d 同样 由 20 0 60 在图上确定终态 2 并查得 2 t 2 34 1kJ k a 15 7g kg a 由定线与 1 线的交点 4 2 h 2 d 2 d 查得 26 4kJ kg a 4 h 2 d 4 d 空调过程的分析 定湿冷却过程 湿空气的冷却过程 因其组成成分不变 即含湿量不变 但相对湿度 增加 温度下降 直降到露点 所以 是定湿降温过程 例如 在 h d 图上自初态 1 沿 15 7g kg a 的定湿线进行到与 1 线的交点 3 此时已成饱和空气 再继续冷 1 d 却 过程自状态 3 沿饱和线 临界线 进行 直至与终态含湿量相等的状态 4 在这个 冷却去湿阶段中 将有水蒸气凝结成水析出 并放出热量 1 4 过程的放热量 可用 焓差表示 即 q 26 4 62 2 35 8kJ kg a 14 hh 式中负号表示冷却时湿空气放出热量 冷却去湿过程 每公斤干空气所析出的水分等于湿空气含湿量的减少量 即 7 1 15 7 8 6g kg a 14 ddd 式中负号表示湿空气析出水分 加热过程 为了达到工程所要求的湿度 常采用降温去湿 但往往使温度过低 如 4 点 为了保证空调后的气体温度 本题要求 20 去湿后 常常需要加Ct 0 8 8 热升温 如在图 8 1 中就是自状态 4 沿定线进行到终点 2 温度升高 含湿量不变 4 d 相对湿度下降 这是定湿加热过程 加热过程的吸热量也可以用焓差表示 即 34 1 26 4 7 7kJ kg a 42 hhq 图 8 1 例例 2 2 已知干湿球湿度计的读数为 干球温度t1 28 湿球温度t2 19 当时的 大气压力为p1 1bar 用查湿空气图求出的含湿量 露点 相对湿度和焓值 解解 查湿空气的h d图 当干球温度t1 28 湿球温度t2 19 时 湿空气的含湿 量为d1 0 0105kg kg kg a 露点td 14 6 相对温度 44 湿空气的焓 h 55 kg kg a 如与计算值相比 由图上查得的数值误差不大 可以看出湿空 气图应用起来简单方便 很有实用价值 例例 3 3 夏天 大气压力p 1 0133bar 室外空气 t1 34 1 80 空调装置向室内供应t3 20 3 50 的调节空气 空气供应量mA 50kg min 如果 空调过程如图 8 2 所示 先将空气冷却去湿 然后再 加热至要求的状态 试计算 1 每分钟空气需要除去的水分 2 每分钟冷却介质应带走的热量 3 加热器加入的热量 解解 按给定参数和过程在h d图上查出状态点 1 2 3 的有关参数 根据t1 1查 得 d1 0 0274kg kg 干空气 h1 105kJ kg 干空气 根据t3 3查得 d3 0 0073kg kg 干空气 h3 38kJ kg 干空气 冷却去湿过程达到的状态为d2 d3 0 0073kg kg 干空气 的饱和空气状态 照此查得 h2 105kg kg 干空气 t d 1 2 3 h1 t1 3h 3t 100 图 8 2 图 8 2 t2 9 1 空气中需要除去的水分为 minkg 005 1 0073 0 0274 0 50 21 ddmm aw 2 冷却介质带走的热量为 wwa hmhhmQ 2112 其中凝结水的焓为 kJ kg64 379186 4 2 tCh pww 故有 min kJ 2 386 67 37005 1 27105 50 12 Q 3 加热器加入的热量为 min kg500 2738 50 2323 hhmQ a 例例 4 4 空气的温度t 12 压力p 760mmHg 相对湿度 25 在进入空调房间前 要求处理到d2 5g kg 干空气 进入空气处理室的空气流量为 120m3 min 假定空气 处理室所用的喷雾水的水温为tw 12 若是分别按下列三种过程进行 图 8 3 1 等干球温度处理 2 等相对湿度处理 3 绝热加湿处理 求进入房间 的空气相对湿度 温度 处理每公 斤干空气由加热器传热的热量 解 解 1 等干球温度处理过程 向空气中喷入水 使湿空气的含湿 量增加 但由于水在蒸发时要吸热 所以空气的干球温度必然要下降 因为将空气的显热变成了汽化潜热 因此要维 持空气干球温度不变 在喷雾和加湿的同时 还必须用加热盘管向空气供给足够的 热量 以维持处理前后空气的干球温度不变 若喷入空气中的水全部被空气吸收 则根据稳定流动能量方程 由盘管供给空气的 空气 加热器 喷雾水 图 8 3 空气的处理过程 图 8 3 空气的处理过程 热量应为 wwa hmhhmQ 12 由质量平衡 12 ddmm aw 根据t1 12 1 25 从h d图上查得空气的初参数分别为 d1 2 1g kg 干空气 h1 18 5kJ kg 干空气 v1 0 82m3 kg 空气处理室出口的参数为 d2 5g kg 干空气 tdrv2 12 2 57 h2 18 5kJ kg 干空气 流入的空气流量为 120m3 min 比容v1 0 82m3 kg 0021 0 1 82 0 120 1 aaa mdmm min kg03 146 0021 1 34 146 a m 从质量平衡的关系式求得 min kg423 0 1000 1 25 03 146 w m 加热盘管的供热量为 min kJ876 927 4 50423 0 5 1825 03 146 Q 2 等相对湿度处理过程 由于要求出口含湿量d2 5g kg 干空气 所以根据 1 2 25 及d2 5g kg 干空气 由 h d图上查得其它各参数分别为 25 5 h2 38 1kJ kg 干空气 2drv t 入口空气量仍为 120m3 min ma 146 03kg min mw 0 423kg min h2 50 4kJ kg 加热盘管的加热量为 minkJ 5 2867 4 50423 0 5 18 1 38 03 146 12 wwa hmhhmQ 3 绝热加湿过程 绝热加湿过程传给空气的热量为零 所以 空气的焓保持不变 即h1 h2 由于要求 d2 5g kg kg a 从h d图上查得其余各 参数为 5 2 93 2drv t 过程中加热量 Q 0 现将三种处理过程画在 h d 图上如图 8 4 所示 8 8 4 4 思考及练习题思考及练习题 1 有人说 相对温度表示湿空气吸收水蒸气的能力 所以相对湿度相同时在不同温 度下湿空气的能力是相同的 这种说 法是否正确 说明理由 2 湿空气的露点能否等于湿球温度 能否大于湿球温度 3 湿空气和湿蒸气有什么不同 饱和湿空气和饱和蒸气有什么不同 4 为什么说未饱和空气中的水蒸气处于过热状态 5 在高温下湿空气中水蒸气分压力pw大于大气压力时 相对湿度计算公式 pw ps 是否还适用 6 用什么方法可使未饱和空气变为饱和空气 如果把 20 时的饱和空气在定压下 加热到 30 它是否还是饱和空气 7 为什么说热力学湿球温度是湿空气的状态参数 而湿球温度计测得的温度值不是 湿空气的状态参数 8 冬天刮风阴天 气温为零上 2 相对湿度为 50 在室外晾晒的湿衣服会出现 d H 100 93 57 25 25 5 C o o 12 C o 5 C 1 2 2 2 图 8 4 三种处理过程在 H d 上的表示 什么现象 为什么 9 在冷水塔中能把热水冷却到比大气温度还低 是否违反热力学第二定律 10 有一冷却水塔 冷却水量为w 227t h 进口水温为t1 38 被冷却至t2 21 进入冷却塔的空气温度为ta1 21 相对湿度 1 50 排出的空气ta2 32 相对 湿度 2 100 图 8 4 求 1 空气的小时流量 2 水的小时蒸发量 11 下列说法对吗 为什么 1 0 时 空气中完全没有水蒸气 由此类比 100 时 湿空气中完全都是水 蒸气 2 空气的相对湿度愈大 含湿量愈高 3 空气的相对湿度不变 温度愈高 则空气愈干燥 反之 则愈潮湿 12 如果等量的干空气和湿空气 降低的温度相同 二者放出的热量相等吗 为什 么 13 将温度为 38 相对温度 40 的湿空气进行冷却成 10 的饱和空气 1 t 1 2 t 若进入减湿器的湿空气流量为 45 4kg h 求 a 析出的凝结水 b 传热量 大气 压力 B 1bar 可应用 h d 图 14 如果相对湿度 0 30 温度t 8 的空气 在空调设备中加热至 30 然后喷 雾蒸发 冷却至 26 试求 1 加热量 kJ kg a 2 最后的相对湿度 大气压力为 1 0133bar 15 为了保证室内温度为 20 相对湿度为 0 70 需要通过空调设备 使室内外终 年交换气体 若夏季室外气温为 28 为 0 85 冬季气温为 0 为 0 55 试分 析计算冬夏两季空调过程中 1 放热量和加热量 2 析出或加入的水分 16 有一空调房间 工艺要求的空气状态参数 t 20 60 房间每小时产生的 余热Q 18840kJ h 产生的余湿为D 1 5kg h 允许的送风温差为 t 5 试在H d图上确定送风的状态参数 t d h 17 欲使一股温度t1 38 相对湿度 80 流量为 28 3m3 min 的气流与另一股 温度t2 13 的冷气流相混合而获得相对湿度 100 t 20 的混合气流 求冷气 流的相对湿度 2和流量 18 有一房间地板面积为 325m2 地板到天花板的高度为 2 4m 房间空气温度 t 24 相对度 50 如空气压力为 1bar 问房间内有多少公斤的水蒸汽 19 欲将干球温度 36 相对湿度 1 60 的室外空气处理到 21 和相对 1dry t 2dry t 湿度 2 50 的状态 如空气的压力为 1bar 其处理过程是将室外空气先在喷雾室内 冷却干燥到所要求的露点状态 然后再进行加热 若喷雾水由tw1 3 升高至 tw2 9 处理的空气量为 17m3 min 试求 1 喷雾室出口的空气温度 2 从空气中析出的水量 3 喷水量 20 在冬季为了增加送入房间空气的相对湿度 往往采用对空气喷饱和蒸汽的办法 现有一流量为 1018 8m3 h 的气流 在大气压为 1bar 下 其干球湿度 27 相 1dry t 对湿度 1 40 若向气流中每小时喷入t1 100 的饱和蒸汽 27kg 试求 喷入蒸汽 后 混合气流的含湿量d2和它的干球温度 2dry t 21 将压力p1 1bar 干球温度 36 湿球温度 36 的湿空气 1700m3 经 1dry t 1w t 压缩和冷却至t2 36 p2 6 3bar 问 1 此时有多少凝结水产生 2 若先将所产生的凝结水从缸中排出 然后再让压缩空气膨胀至大气压力 1bar 和大气温度 36 膨胀后空气的相对湿度是多少 22 将 36 70 的湿空气 与干球温度 28 湿球温度 26 的湿 dry t dry t wet t 空气以 1 2 的质量比例相混合 若当地大气压B 1bar 1 求混合气体的温度和含湿量 2 若将此混合气体再经盘管加热至 25 求对每公斤干空气所加入的热量 dry t 23 20 相对湿度 45 的再循环湿空气与干球温度 35 和湿球温度 dry t dry t 28 的室外新鲜空气相混合 如果循环空气和新鲜空气的容积比为 3 1 大气 wet t 压力B 1bar 求混合湿空气的干球湿度和湿球温度 24 一个房间墙的内表面温度为t 16 室内空气的干球温度 21 为了避免 dry t 墙内表面结露 室内允许的空气最大相对湿度应该是多少 25 进入干燥器的空气压力p 1 013bar 温度t1 49 相对湿度 1 10 离开干 燥器时相对湿度 2 90 空气的流量为 2270kg h 求 1 空气所带走的水分 2 出干燥器时空气的温度 空气与干燥器为一系统 与外界绝热 26 空气的干球温度 55 露点温度 27 压力p 2bar 在稳定流动条 1dry t dow t 件下进入干燥器 其流量为 5000kg h 离开干燥器时总压力不变 而干球温度 40 求每小时空气所带走的湿量 2dry t 27 压气机将室外的洁净空气 0 lMPa 20 相对湿度 60 充入高压氧 1 p 1 t 1 舱 最终舱内空气压力 0 3Mpa 试确定氧舱内空气的状态参数 2 p dttt 湿露2222 8 8 5 5 自测题自测题 一 是非题一 是非题 1 水在大气中喷淋冷却 能使其温度低于大气温度 2 确定未饱和空气的状态 需三个独立的状态参数 3 己知湿空气的温度 t 相对湿度及水蒸汽分压力 就可以确定其热力状态 4 相对湿度相同的湿空气 具有相同的吸收水蒸汽的能力 5 阴雨天中 由于空气中增加了水蒸汽量 所以大气压力增大了 6 饱和湿空气中的水蒸汽一定是干饱和蒸汽 7 未饱和湿空气达到饱和时的温度就是露点 8 湿空气的相对湿度越大 其水蒸汽分压力越大 9 温球温度是自然环境下可能达到的最低温度 10 湿空气的相对湿度愈大 其含湿量愈大 二 选择题二 选择题 1 饱和空气具有下列关系 A B C D dw ttt wd ttt dw ttt dw ttt 2 当湿空气与干空气具有相同的压力和温度时 则 A 湿空气的密度干空气的密度 C 湿空气的密度 干空气的密度 D 两者大小不能确定 3 湿空气的露点是 不变达到饱和时温度 A 比容 B 焓 C 温度 D 水蒸汽分压力 4 湿空气在大气压力及温度不变的情况下 当绝对湿度越大 则含湿量 A 越大 B 越小 C 不变 D 不能确定 5 定湿球温度线 A 严格地说是一条等焓线 B 是一条角系数小于等焓线的直线 C 是一条角系数大于等焓线的直线 D 是一条近于水平的直线 6 未饱和空气具有下列关系 A B C D dw ttt wd ttt dw ttt dw ttt 7 湿空气处在一定的温度及压力下 湿空气的密度越大 则湿空气的含湿量 A 越大 B 越小 C 不变 D 大小不能确定 8 确定湿空气状态的一组参数是 A 干球温度和含湿量 B 干球温度 含湿量及水蒸汽分压力 C 干球温度和相对湿度 D 干球温度 相对湿度及大气压力 三 填空三 填空 1 混合气体质量成分与容积成分的换算关系为 式中各量分别表示 2 湿空气焓的计