湿空气的物理性质和焓湿图 暖通空调PPT课件

1、第1页/共75页二.通用气体定律：PV=mRT普适气体常数 R0=8314.66J/ ( Kmol.K)KKgJRg28797.2866.8314KKgJRq46102.1866.8314TRmVPTRmVPqqqggg第2页/共75页三三. .道尔顿分压力定律道尔顿分压力定律=+湿空气干空气水蒸气gqgqgqgqTTTmmmVVVPPB在给定温度下混合气体占据一定的体积，混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和。湿空气的压力第3页/共75页( (一一) )压力压力1.大气压力: 绝对压力=当地大气压+工作压力 2.水蒸汽分压力:Pq=B-Pg3.饱和水蒸汽分压力:Pq.b=f(t) 各种温

2、度下的饱和水蒸汽压力值可从湿空气表中查出四.湿空气的性质第4页/共75页( (二二).).温度温度（二）温度（二）温度1.1.开尔文温标开尔文温标: T(K): T(K)t =T-273.15（两种温标的分度间隔相等）3295FtCt四.湿空气的性质2.摄氏温度: t 华氏温度 F第5页/共75页TRPTRPqqggqg湿四.湿空气的性质单位容积的气体所具有的质量称为密度。湿空气是干空气和水蒸气组成的混合物，两者具有相同的温度并占有相同的容积。第6页/共75页( (四四).).湿度湿度: :表示湿空气中水蒸汽含量多少的物理表示湿空气中水蒸汽含量多少的物理量量1.1.含湿量含湿量: :每千克干空

3、气中所含有的水蒸气每千克干空气中所含有的水蒸气量量四.湿空气的性质TRmvPTRmvPgggqqqqgmdm第7页/共75页2 8 74 6 10 . 6 2 2qgqgqgqgqqggqqPVRTmdmRTPVPRPRPPPK gK gBP干.d=f(Pq,B).判断加湿、去湿过程，计算加(去)湿量四.湿空气的性质第8页/共75页2.相对湿度：在某一温度下，湿空气的水蒸汽分压力与同一温度下饱和水蒸汽分压力的比值),(),(tBdftPfq四.湿空气的性质%100.bqqpp第9页/共75页湿空气：qqpBpd622.0饱和湿空气：bqbqbpBpd.622.0四.湿空气的性质第10页/共75

4、页其他表达式：其他表达式：qbqqbqbqqbpBpBpBpBppdd.四.湿空气的性质相对湿度表示空气接近饱和的程度，并不反映空气中水蒸气含量的多少。含湿量表示空气中水蒸气的含量，不能直观反映空气的潮湿程度和吸收水分的能力第11页/共75页1-3%的误差 用相对湿度判断空气干燥或潮湿：用相对湿度判断空气干燥或潮湿：必须在同一温度下必须在同一温度下%100%100.bbqqbddpBpBdd四.湿空气的性质其他表达式：其他表达式：近似相等第12页/共75页( (五五).).焓焓1.定义：内含一千克干空气的湿空气所含的热量。 理想气体,焓是温度的单值函数：tpidCdopitCi湿空气的焓：一千

5、克干空气的焓和d千克水 蒸气焓的总和称为(1+d)千克湿空气的焓四.湿空气的性质第13页/共75页2.2.焓值计算公式焓值计算公式: :.2 5 0 01 .0 11 .8 42 5 0 01 .0 11 .8 42 5 0 0gqp gp qiidiCtdCttdtdtd四.湿空气的性质显热潜热第14页/共75页湿空气的焓值是增加还是降低,取决于显热和潜热的综合作用。由焓值差可以判断空气的处理过程是增焓或减焓，从而计算交换的总热量:四.湿空气的性质miQdtfi,. 3 第15页/共75页1-2 1-2 湿空气的焓湿图湿空气的焓湿图 坐标的选定坐标的选定 B=B=常量常量 i(t)i(t)纵

6、坐标纵坐标 d d横坐标横坐标等含湿量线与等焓线等含湿量线与等焓线一.焓湿图的内容第16页/共75页绘制等温线，当t=const,i=a+bd 是直线，由于斜率有微小变化，故不是一组平行线又由于 1.84t0 、区的B 时 dd，绘出的等线也不同。第26页/共75页二.i-d图上与B有关的线及其变化规律等等线线 可以按可以按(t,d)(t,d)确定出等确定出等线，以线，以=100%=100%为例为例对应一组对应一组(t,d(t,db b) )点点 tdbdb BB当Bdb，相应的等线也不同。当B相差不大（差值小于2kpa)，相对湿度值的差别小于2%，误差不大，工程上允许采用同一张i-d图。第2

7、7页/共75页三三. .其他形式的焓湿图其他形式的焓湿图焓湿图焓湿图 (i,d)(i,d)用焓和含湿量构成斜角坐标用焓和含湿量构成斜角坐标温湿图温湿图 (t,d)(t,d)用温度和含湿量构成直角坐标用温度和含湿量构成直角坐标温焓图温焓图 (t,i)(t,i)用温度和焓构成直角坐标用温度和焓构成直角坐标注意：注意：符号、单位的差异，参数的含符号、单位的差异，参数的含义义第28页/共75页0.0300.0280.0260.0240.0220.0200.0180.0160.0140.0120.0100.0080.0060.0040.0020.00030 35 40 45 50 55 60 65 70

8、 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120H=20dtu/lbH=30dtu/lbH=40dtu/lbH=50dtu/lbRH=0%RH=40%RH=60%RH=80%第29页/共75页第30页/共75页1-3 1-3 湿球温度与露点温度湿球温度与露点温度一一. .湿球温度湿球温度 1.热力学湿球温度：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水分蒸发所需的热量全部取自空气112211ssssic ddtiiic ddt说明空气焓的增加量等于蒸发水量的液体热第31页/共75页改变公式形式stcdist 19. 4 当ts=0时 =0与等焓线重

9、合 当ts0时 0 当ts0时 0一.湿球温度第32页/共75页 在在i-di-d图中，已知图中，已知t ts s，画等温线与饱，画等温线与饱和线交点，查出和线交点，查出d,id,i 设初状态点是设初状态点是d=0d=0的干空气，则的干空气，则i i1 1=i=i2 2-cd-cds st ts s 由由i i1 1与纵坐标的交点确定与纵坐标的交点确定a,aba,ab即湿即湿球温度线球温度线一.湿球温度abdsi2ts =100%第33页/共75页2.2.干湿球温度计干湿球温度计 代替绝热加湿器的实用装置代替绝热加湿器的实用装置 由两只温度计或由两个其它的温度敏感元件组成。一只感温包裹上脱脂棉

10、纱布，纱布下端浸入盛有蒸馏水的容器中，在毛细作用下纱布保持湿润状态，这支称湿球温度计。在稳定状态下，测得的读数为空气的湿球温度ts。另一支没包纱布的相应成为干球温度计，所测温度为空气的干球温度即实际的空气温度t。一.湿球温度第34页/共75页一.湿球温度干湿球温度计第35页/共75页湿球温度计的读数反映了纱布上水的温度湿球温度计的读数反映了纱布上水的温度ttts干球温度计湿球温度计纱布水槽一.湿球温度思考题:是否任一读数都是湿球温度呢?第36页/共75页 当空气的当空气的100%100%时时, ,纱布上水蒸发。若水温纱布上水蒸发。若水温高于空气温度高于空气温度, ,蒸发需要的汽化热首先取自于蒸

11、发需要的汽化热首先取自于水本身水本身, ,纱布上水温下降纱布上水温下降, ,湿球温度计上读数开湿球温度计上读数开始高于始高于t,t,随后读数下降随后读数下降. .无论原水温多高无论原水温多高, ,经过经过一段时间后一段时间后, ,水温会降至水温会降至t t以下以下, ,出现空气向水出现空气向水面的传热面的传热. .随着温差的加大随着温差的加大, ,传热量增加传热量增加. .当水当水温降到某一值温降到某一值, ,空气向水面的温差传热正好补空气向水面的温差传热正好补偿水蒸发需要的汽化热偿水蒸发需要的汽化热. .水温稳定水温稳定, ,这时候湿球这时候湿球温度计上的的读数就是空气的湿球温度。温度计上的

12、的读数就是空气的湿球温度。3.湿球温度的物理意义: 一.湿球温度第37页/共75页若开始水温低于空气温度若开始水温低于空气温度, ,则空气向水则空气向水的温差传热一部分满足水蒸发需要的的温差传热一部分满足水蒸发需要的汽化热汽化热, ,一部分供水温的升高一部分供水温的升高. .随水温随水温升高升高, ,温差传热量减少温差传热量减少, ,慢慢达到刚好慢慢达到刚好满足汽化热满足汽化热, ,水温稳定水温稳定, ,这时候湿球温这时候湿球温度计上的稳定的读数就是空气的湿球度计上的稳定的读数就是空气的湿球温度。温度。3.湿球温度的物理意义: 一.湿球温度第38页/共75页 根据传热原理，空气对湿球的传热根据

13、传热原理，空气对湿球的传热量量: :3.湿球温度的物理意义: FttQs1F：为湿球温度计的湿球表面积一.湿球温度第39页/共75页湿纱布上水分蒸发需要的热量：rWQ2当Q1=Q2时, 湿球温度计读数稳定一.湿球温度3.湿球温度的物理意义: 第40页/共75页 由传湿原理，水分蒸发时，在湿球纱由传湿原理，水分蒸发时，在湿球纱布表面首先形成一层温度等于水温的布表面首先形成一层温度等于水温的饱和空气边界层。如果该饱和边界层饱和空气边界层。如果该饱和边界层的水蒸汽分压力大于周围空气的水蒸的水蒸汽分压力大于周围空气的水蒸汽分压力时，饱和边界层的水汽分子汽分压力时，饱和边界层的水汽分子向空气扩散，水中的

14、分子也不断脱离向空气扩散，水中的分子也不断脱离水面进入饱和边界层。水面进入饱和边界层。一.湿球温度3.湿球温度的物理意义: 第41页/共75页湿交换量：BFPPrFttBFPPrrWQSKgBFPPWqbqsqbqqbq101325101325101325.2.3.湿球温度的物理意义: 一.湿球温度第42页/共75页当热湿交换稳定时当热湿交换稳定时: :由由 bqbqssPPttst.sbqqttrBPP101325.3.湿球温度的物理意义: 一.湿球温度第43页/共75页 A A需要通过实验确定。不管是热交换系数需要通过实验确定。不管是热交换系数, ,湿交换系数都与流过湿球的风速有关湿交换系

15、数都与流过湿球的风速有关 常用经验公式计算常用经验公式计算: :101325rA3.湿球温度的物理意义: 一.湿球温度第44页/共75页当流速当流速v v很小时很小时, ,热湿交换不充分热湿交换不充分, ,测得的测得的t ts s误差较大误差较大当当v v较大时较大时, ,热湿交换充分热湿交换充分, ,测得的测得的t ts s较准较准确确当当v v大于等于大于等于2.5-4m/s2.5-4m/s时时, ,湿球温度趋于湿球温度趋于稳定稳定, ,所以在精确测定时均采用通风式干、所以在精确测定时均采用通风式干、湿球温度计，在湿球周围形成较大的空气湿球温度计，在湿球周围形成较大的空气流速。流速。一.湿

16、球温度75.665105A第45页/共75页用空气的干球、湿球温度计算相对湿度。用空气的干球、湿球温度计算相对湿度。由由t t、t ts s计算出空气的水蒸汽分压力计算出空气的水蒸汽分压力P Pq q，由，由空气的空气的t t可查得空气的饱和水汽分压力可查得空气的饱和水汽分压力P Pq.b q.b 。4.湿球温度的用途: bqsbqbqqPBttAPPP.由stt 当%100.bqbqPP空气达到饱和一.湿球温度第46页/共75页用用t t、t ts s在在 i-di-d图上确定空气状态图上确定空气状态 只要知道只要知道t t、t ts s、P Pq q(d)(d)三者中任意两三者中任意两个个

17、, ,可确定出第三个以及其它参数可确定出第三个以及其它参数. t. ts s是独立参数是独立参数, ,由于由于t ts s容易测得容易测得, ,故是空故是空调工程中一重要参数。用角系数线调工程中一重要参数。用角系数线=4.19t=4.19ts s和和t t交点得到状态点。交点得到状态点。 4.湿球温度的用途: 一.湿球温度第47页/共75页一.湿球温度当当t ts s小于等于小于等于3030时，时，=4.19 t=4.19 ts s和和=0=0的等焓线非常接近，可用等焓线的等焓线非常接近，可用等焓线代替等湿球温度线。代替等湿球温度线。4.湿球温度的用途: 第48页/共75页二.露点温度含义：含

18、义： 某一状态的空气某一状态的空气在含湿量不变的条在含湿量不变的条件下，湿空气冷却件下，湿空气冷却达到饱和时的温度，达到饱和时的温度，称为该状态空气的称为该状态空气的露点温度。露点温度。 第49页/共75页1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用一一. .根据两个独立的状态参数确定空气根据两个独立的状态参数确定空气状态及其余参数状态及其余参数独立参数：独立参数：t,d, , i, tt,d, , i, ts s 当当B B一定时，由其中任意两个可以确定一定时，由其中任意两个可以确定空气状态，再从空气状态，再从i-di-d图上查得图上查得 t tl l, P, Pq q, , P Pq.bq.b

19、, d, db b等其余参数等其余参数 第50页/共75页例：已知B=101325Pa,t=20, =60%求tl,ts tl=12 ts=15.2tltstAiddbPq.bPq1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用第51页/共75页1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用二二. .空气状态变化过程在空气状态变化过程在i-di-d图上的表示：图上的表示： 各种变化过程的方向和特征用热湿比各种变化过程的方向和特征用热湿比表表示示1.等湿加热过程：空气通过加热器表面获得热量，提高了温度，含湿量没变化，空气状态变化是等湿增焓升温，过程线ABFADBEGCABABddii第52页/共75页2.2.

20、等湿冷却过程等湿冷却过程 用一种设备冷却空气，冷表面温度比空用一种设备冷却空气，冷表面温度比空气气t tl l高高, ,则含湿量不变则含湿量不变 。温度降低，焓值温度降低，焓值必必相应减少过程线相应减少过程线ACACADBFEGCACACddii1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用第53页/共75页1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用3.3.等焓加湿过程等焓加湿过程 用一种设备满足：水吸收空气的热量蒸发为水用一种设备满足：水吸收空气的热量蒸发为水蒸气，空气失掉显热温度降低，但水蒸气又以蒸气，空气失掉显热温度降低，但水蒸气又以潜热形式回到空气中，空气焓值基本不变，与潜热形式回到空气中，空

21、气焓值基本不变，与外界没有热量交换外界没有热量交换绝热加湿，过程为绝热加湿，过程为AEAEADBFEGC0AEAEddii第54页/共75页4.4.等焓减湿过程等焓减湿过程 用固体吸湿剂处理空气，水蒸气被吸附，用固体吸湿剂处理空气，水蒸气被吸附，d d降降低，空气失去潜热，而得到水蒸气凝结释放出低，空气失去潜热，而得到水蒸气凝结释放出的汽化热，使温度升高，但焓值基本不变，只的汽化热，使温度升高，但焓值基本不变，只是略微减少了凝结水带走的液体热，近似为等是略微减少了凝结水带走的液体热，近似为等焓减湿升温过程焓减湿升温过程ADADADBFEGC0ADADddii1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的

22、应用第55页/共75页=0 =- =+0Heating(加热)Isothermal humidify (等温加湿)Adiabatic humidify (绝热加湿)Adiabatic dehumidify(绝热除湿)Cooling dehumidify(降温除湿)Cooling(冷却)5.等温加湿过程 向空气喷蒸汽来实现，焓、含湿量都增加，焓的增加值为加入蒸汽的全热量第56页/共75页如果喷入蒸汽温度100左右，2684，与等温线的近似相等，故称等温加湿过程ADBFEGC5.等温加湿过程1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用qqqtididdi84. 12500干KgKgidiq第57页/共

23、75页6.6.减湿冷却过程减湿冷却过程 当冷表面温度降低于空气的露点温度当冷表面温度降低于空气的露点温度时，空气既降温又析出水分过程线时，空气既降温又析出水分过程线AGAG0diddiiAGAGADBFEGC1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用第58页/共75页1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用典型的空气状态变化过程第59页/共75页三三. .两种不同状态空气混合过程的计两种不同状态空气混合过程的计算算 在空气调节系统的设计过程中经常遇到在空气调节系统的设计过程中经常遇到两种不同状态的空气混合，例如：室内两种不同状态的空气混合，例如：室内回风和室外新风的混合。回风和室外新风的混合。1

24、-4 焓湿图的应用质量流量GA（Kg/s）状态A(iA,dA) 和GB,B(iB,dB)的两种空气相混合,混合后空气的质量流量GC=GA+GB ,状态C(iC,dC) 混合过程中，如果与外界没有热、湿的交换，由热平衡、湿平衡原理ABC第60页/共75页GAiA+GBiB=GCiCGAdA+GBdB=GCdC化简得ACCBBAACCBBAddddGGiiiiGGACCBACCBddddiiiiACACCBCBddiiddii两条直线的斜率相同，必互相平行,又有公共点C,故A、B、C三点必然在同一直线上。1-4 焓湿图的应用第61页/共75页1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用根据三角形相似原

25、理：根据三角形相似原理：BAACCBACCBGGiiiiddddCABC表明混合点C将线段AB分成两段，两段长度之比和参与混合的两种空气的质量成反比。混合点靠近质量大的空气状态端，既可用作图法也可用公式求出混合空气状态。第62页/共75页如果混合点出现在过饱和区，是一种不如果混合点出现在过饱和区，是一种不稳定状态，暂时的多余的水蒸汽立即凝稳定状态，暂时的多余的水蒸汽立即凝结为水从空气中分离出来，空气恢复到结为水从空气中分离出来，空气恢复到饱和状态，在空气变化过程中，凝结水饱和状态，在空气变化过程中，凝结水带走了水的显热，空气的焓值略有降低。带走了水的显热，空气的焓值略有降低。DCDtdii19

26、.41-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用第63页/共75页AB=100%DDCiCd这里这里i iD D, d,t, d,tD D是三个相关联的未知数，是三个相关联的未知数， 用试算法找到一组满足上式的值。实际用试算法找到一组满足上式的值。实际中因为凝结水带走的显热很少，画等焓中因为凝结水带走的显热很少，画等焓线近似来确定，若还不能满足要求，可线近似来确定，若还不能满足要求，可编制计算程序来确定其值。编制计算程序来确定其值。1-4 1-4 焓湿图的应用焓湿图的应用第64页/共75页1.1.水蒸汽分压力和饱和水蒸汽分压力有水蒸汽分压力和饱和水蒸汽分压力有什么不同？什么不同？2.2.相对湿度和

27、含湿量有什么共同点？有相对湿度和含湿量有什么共同点？有什么不同点？什么不同点？* *3.3.大气压力大气压力B=1013.25mbarB=1013.25mbar，温度，温度t=20 t=20 ，每公斤干空气最多能容纳，每公斤干空气最多能容纳多少克水蒸气？多少克水蒸气？习题答 案第65页/共75页4.4.已知大气压力已知大气压力B=101325B=101325帕帕, ,空气初状空气初状态点态点A A参数为参数为t tA A=20=20，相对湿度为，相对湿度为60%60%，当空气吸收当空气吸收10000Kj/h 10000Kj/h 的热量和的热量和2Kg/h2Kg/h的湿量后，焓值变为的湿量后，焓

28、值变为59Kj/Kg.59Kj/Kg.干，干，求空气终状态点求空气终状态点 B B 的参数。的参数。* *5.5.输送输送1010水的薄壁导管通过空气温水的薄壁导管通过空气温度为度为2121的房间，管子未保温，为防止的房间，管子未保温，为防止在导管壁上产生凝结水，求房间的最大在导管壁上产生凝结水，求房间的最大相对湿度应是多少？相对湿度应是多少？习题答 案第66页/共75页* *6.6.在在100100公斤，温度为公斤，温度为2020的空气中，渗的空气中，渗入入1 1公斤的水蒸汽，如果原来的空气含湿公斤的水蒸汽，如果原来的空气含湿量为量为5.5g/Kg5.5g/Kg干，试求加湿后空气的含湿干，试求加湿后空气的含湿量？量？* *7.7.试求标准大气压下，温度为试求标准大气压下，温度为15 15 ，相，相对湿度为对湿度为60%60%的湿空气的密度、含湿量、的湿空气的密度、含湿量、焓和露点温度、湿球温度。焓和露点温度、湿球温度。习题答 案第67页/共75页8.8.原空气温度为原空气温度为2020，含湿量为，含湿量为5g/Kg5g/Kg干，如果空气的温度减少了干，如果空气的温度减少了55，含湿量增加了含湿量增加了4g/Kg4g/Kg干，试问空气的干，试问空气的焓是增加还是减少？焓是增加还是减少？* *9.9.空气的干球温度为空气