湿空气的物理性质及焓湿图详解

补充章节1－湿空气的物理性质及焓湿图建筑工程学院市政工程系3/14/20231主要讲述湿空气的物理性质、焓湿图及其应用。一、本章的主要内容湿空气的物理性质及焓湿图二、教学基本要求了解湿空气的组成；掌握湿空气的基本状态参数；掌握湿空气的焓湿图及其应用；湿球温度和露点温度在焓湿图上的表示。3/14/202321、1湿空气的物理性质

3/14/20233本节的主要内容1、1湿空气的物理性质湿空气的组成湿空气的基本状态参数压力密度相对湿度含湿量比焓3/14/202341、湿空气的定义

湿空气即为通常所说的“空气”或“大气”，是空气环境的主体及空气调节的对象。2、湿空气的组成

1、1湿空气的物理性质一、湿空气的组成干空气水蒸气N2O2其它微量气体成分较为稳定，可近似看作理想气体。含量较少，但其变化对湿空气的干燥及潮湿程度产生重要影响，是空调中的重要调节对象，也可近似看作理想气体。3/14/20235二、湿空气的基本状态参数

湿空气的基本状态参数是表征湿空气性质的物理量，主要包括：1、压力B湿空气的压力即是所谓的大气压力，等于干空气的分压力与水蒸气的分压力之和，即：

B=Pg+Pq

PgV=MgRgT，PqV=MqRqT1、1湿空气的物理性质式中Pg、Pq—分别为湿空气、干空气、水蒸气压力，Pa；

Mg、Mq—分别为干空气及水蒸气的质量，Kg；

Rg、Rq—分别为干空气及水蒸气的气体常数，

Rg=287J/Kg·K；Rq=461J/Kg·K3/14/20236注：大气压力随海拔高度的升高而降低，我国各主要城市冬、夏季的大气压力值可从《采暖通风与空气调节设计规范》中查得。水蒸气分压力对空气性质的影响水蒸气分压力的大小，反映了湿空气中水蒸气含量的多少。水蒸气含量越多，其分压力也越大；在一定温度条件下，一定量的空气中能够容纳水蒸气的数量是有限度的。湿空气的温度越高，它允许的最大水蒸气含量也越大。当空气中水蒸气的含量超过最大允许值时Pqb(t)，多余的水蒸气会以水珠形式析出，这就是结露现象，此时水蒸气达到饱和状态，所对应的湿空气称为饱和湿空气。由此可知，未饱和空气中，水蒸气含量没有达到最大允许值，它还具有吸收水蒸气的能力。我们周围的大气通常都是未饱和空气。1、1湿空气的物理性质3/14/202372、温度t湿空气的温度是表示空气冷热程度的标尺。湿空气中干空气的温度与水蒸气的温度相等；湿空气温度的高低对人体的舒适感和某些生产过程的影响较大，因此温度是衡量空气环境对人和生产是否合适的一个非常重要的参数。在空调中，通常采用摄氏温度t，有时也用绝对温度T，两者的关系是T=273.15+t≈273+t1、1湿空气的物理性质3/14/202381、1湿空气的物理性质3、密度ρs湿空气的密度等于干空气的密度与水蒸气的密度之和，即：ρs=ρg+ρq

根据理想气体状态方程，则有：

ρs=0.00384B/T-0.00134Pq/T实际计算中，在标况下，可近似取ρ=1.2Kg/m33/14/202391、1湿空气的物理性质4、含湿量d基本定义：指1Kg干空气所含有的水蒸气质量，单位为Kg/Kg·干空气或g/Kg·干空气。即：d=mq/mg式中mq、mg—分别为水蒸气和干空气的质量，Kg。含湿量可以确切地表示空气中实际含有的水蒸气量的多少。空调中常用含湿量的变化来表示空气被加湿或减湿的程度。3/14/2023101、1湿空气的物理性质质含湿量与水蒸气分分压的关系将理想气状态方程程：PgV=MgRgT，PqV=MqRqT代入含湿量定义式：可知：在一定的大气压压力B下，d仅与Pq有关，Pq越大，d越大。问题与讨论3/7/2023111、1湿空气的物理性质质5、相对湿度Φ基本定义：指空气气中的水蒸气分压力与同温度下饱和水蒸蒸气分压力之比。即：Φ=Pq/Pqb。Φ表示空气接近饱和的程程度。Φ值小，说明空气干干燥，远离饱和状状态，吸收水蒸气气的能力强；Φ值大，则说明空气气潮湿，接近饱和和状态，吸收水蒸蒸气的能力弱。Φ=100%为饱和空气，Φ=0则为干空气。物理意义3/7/2023121、1湿空气的物理性质质相对湿度可近似用用湿空气的含湿量量与同温度下饱和和含湿量之比来表表示，即：Φ≈d/db相对湿度是空调中中的一个重要参数数，相对湿度的大大小对人体的舒适适和健康、工业产产品的质量都会产产生较大的影响。。3/7/2023131、1湿空气的物理性质质6、比焓h基本定义：指1Kg干空气的比焓和d/1000Kg水蒸气的比焓的总总和，单位KJ/Kg干空气，取0℃时空气的焓值为零零，则：h=1.005t+(2501+1.86t)d/1000比焓是空调中的一一个重要参数，用用来计算在定压条件下对湿空气加热或冷却时吸收收或放出的热量。意义影响因数湿空气的比焓不是是温度t的单值函数，而取决于温度和含湿量两个因素。温度升升高，焓值可以增增加，也可以减少少，取决于含湿量量的变化情况。3/7/2023141.2湿空气的焓湿图3/7/2023151、2湿空气的含湿图本节的主要内容含湿图的组成湿球温度与露点温温度含湿图的应用3/7/2023161、2湿空气的的含湿图图一、焓湿湿图的组组成以比焓h—纵坐标，，以含湿湿量d—横坐标，，表示大大气压力力B一定时湿湿空气各各个参数数之间的的关系。。包含五五种线群群：等焓线(为使图线线不过密密，两坐坐标轴间间夹角为为135℃℃)等温线(干球温度度线)等相对湿湿度线Φ水蒸气分分压力线线Pq热湿比线线作用：1.确定湿空空气的状态参数数；2.表示湿空空气的状态变化化过程。3/7/202317湿空气焓湿图等焓线等相对湿度线等干球温度线等湿度线(水蒸气分压力线)热湿比1、2湿空气的的含湿图图3/7/2023181、2湿空气的的含湿图图电子含含湿图图3/7/2023191、2湿空气气的含含湿图图独立状状态参参数能够在在h-d图上确确定湿湿空气气状态态的参参数。。在B一定的的条件件下，，在h,d,t,Φ中，已已知任意两两个参参数，则湿湿空气气状态态就确确定了了，亦亦即在在h-d图上有有一确确定的的点，，其余余参数数均可可由此此点查查出，，因此此，将将这些些参数数称为为独立立参数数。但d与Pq不能确确定一一个空空气状状态点点，故故d与Pq只能有有一个个作为为独立立参数数。?注意：：湿湿空空气状状态的的参数数也可可由计算程程序计计算。3/7/2023201、2湿空气气的含含湿图图热湿比比ε又称为为角系数数，为湿湿空气气的焓焓变化化与含含湿量量变化化之比比，即即：ε=△h/△d=Q/W若在h-d图上有有1、2两状态态点，，则由由1至2的热湿湿比为为ε=（h2-h1）/(d2-d1)ε的大小及正负表示了了湿空空气状状态变变化过过程的的方向向和特特征。。3/7/202321热湿比比线的的应用用1、2湿空气气的含含湿图图在h-d图的右右下方方有以以任意意点为为中心心画出出的不不同数数值的的ε线。实际应应用时时，利利用推平行行线的的方法法，通过过已知知初状状态点点，作作一条条平行行于给给定ε值的线线，就就可画画出该该空气气状态态变化化的过过程线线。若已知终终了状状态的的任一一参数数值，就可可在h-d图上确确定其其终了了状态态点。h11d1h2d23/7/202322二、露点温度及及湿球温度度1、2湿空气的含含湿图1、露点温度度tl是湿空气的的一个重要要状态参数数。定义某状态下的的未饱和空空气，在含湿量不不变的情况况下将其冷却到到饱和状态态（Φ=100%）时所对应应的温度，，称为该状状态空气的的露点温度度。在h-d图上的确定定方法tlΦ=100%A3/7/2023231、2湿空气的含含湿图结露现象若将某表面面温度降低低到周围空空气的露点点温度以下下，周围空空气与该表表面接触时时，就将从从未饱和空空气变为饱饱和空气，，进而又达达到过饱和和状态，于于是空气中中的一部分分水蒸气将将会在冷表表面上凝结结成水珠，，这就是所所谓的结露露现象。结露在空调调中的应用用在空调技术术中，利用用结露这一一现象，使使被处理的的空气流过过低于其露点点温度的表表面冷却器器，或用低于于其露点温温度的冷水去喷淋淋被处理空气气，从而可可获得使被被处理空气气冷却减湿的处理效果果。3/7/2023242、湿球温度ts是湿空气的的一个状态态参数，通通常用干湿湿球温度计计测量。干湿球温度度计如图所示：：由两支完完全相同的的水银（或或酒精）温温度计组成成。其中一一支温度计计的温包上上包有脱脂脂细纱布，，纱布的末末端浸入盛盛水容器中中。这支温温度计称为为湿球温度计计，它所测得得的饱和空气温温度就是湿湿球温度。另一支为为干球温度度计，所测测得的温度度为干球温度（大气温度度或空气温温度）。1、2湿空气的含含湿图3/7/202325湿球温度计计的读数，，既是湿纱纱布上水的的读数，也也是紧贴湿湿纱布的饱饱和空气层层的读数。。在一定的空空气状态下下，干湿球球温度差值值反映空气气相对湿度度大小。当用干湿球球温度计测测量空气的的温度时，，由于湿球球温包上水水分蒸发吸吸收热量的的结果，使使得湿球表表面空气层层的温度下下降，因而而湿球温度度计的读数数一般总是低低于干球温度计计的读数，，这两者之之差即为干湿球温度度差。干湿球温度度差它的大大小与被测测空气的相相对湿度有有关，空气气越干燥（（Φ值越小），，纱布上的的水分蒸发发越快，需需要吸收的的热量越多多，湿球温温度下降越越多，干湿湿球温差越越大；反之之，干湿球球温差越小小。1、2湿空气的含含湿图3/7/202326干湿球温度度在h-d图上的表示示当湿球纱布布的水温达达到空气的的湿球温度度时，湿球球表面的饱饱和空气层层与周围空空气之间的的总换热量量为零，因因此可认为为周围空气气由不饱和状态态变为湿球表表面的饱和和空气状态态这一变化化过程，可可近似认为为是等焓过程。Ahts湿球温度与与露点温度度谁高？t11、2湿空气的含含湿图3/7/2023271、2湿空气的含含湿图例1：已知空气气干球温度度t=25℃，湿球温度度ts=17℃℃，大气压力力B=101325Pa，试在h-d图上确定该该空气的状状态点。t＝25ts＝17hΦ=100%A3/7/2023281、2湿空气的含湿湿图例2：已知空气干干球温度t=25℃，相对湿度Φ=50%，大气压力B=101325Pa，试在h-d图上确定该空空气的湿球温温度。Φ=100%Φ=50%t=25℃tsh3/7/2023291、2湿空气的含湿湿图三、含湿图的应用用1、确定湿空气气的状态参数数在给定大气压压力B时，只要知道道湿空气的任任意两个独立立状态参数，，就可在焓湿湿图上确定该该空气的其余余状态参数。。例：已知B=101325Pa，t=22℃，Φ=65%，试在h-d图上确定该空空气的其它状状态参数。PqAdAΦ=65%Φ=100%t=22℃1htst13/7/2023301、2湿空气的含湿湿图2、表示湿空气气状态的变化化过程空调系统典型型湿空气处理理过程冷冻水回冷冻水供回风3/7/2023311、2湿空气的含湿湿图空调系统典型型湿空气状态态的变化过程程(1)湿空气的加热过程（空气加热器器）利用热水、蒸蒸汽、燃气、、电阻丝、电电热管等热源源，通过热表表面加热湿空空气，空气不与热媒媒直接接触，因此，处理理过程中空气气中的含湿量不变，而温度会升高。该过程A→B,其ε=+∞Φ=100%AB3/7/2023321、2湿空气的含湿湿图利用冷水或其其他冷媒通过过冷表面冷却却湿空气，当当冷表面温度度低于湿空气的的干球温度而而又高于其露露点温度时，即发生这一过过程。该过程中中含湿量不变，温度降低，在h-d图上可表示为A→C，其ε=-∞(2)湿空气的干式冷却过程（空气冷却器）Φ=100%CA3/7/202333使空气和低于其露露点温度的表面接接触时，则部分水水蒸气将会在冷表表面凝结，达到冷却减湿的的目的（即冷却干燥）该过程为在h-d图上可表示为A→G。(3)湿空气的减湿冷却过程（空气冷却器）1、2湿空气的含湿图Φ=100%GA3/7/2023341、2湿空气的含湿图(4)湿空气的等焓加湿过程(绝热加湿)利用循环水喷淋空空气时，空气与水水长时间接触，水水及其表面的饱和和空气层的温度即即等于该湿空气的的湿球温度。该过程为A→E，其ε=0Φ=100%EA3/7/2023351、2湿空气的含湿图1、2湿空气的含湿图(5)湿空气的等焓减湿过程利用固体吸湿剂（硅胶、分子筛、、氯化钙等）处理理空气时，空气中中的水蒸气被吸湿湿剂吸附，含湿量量降低，吸附时放放出的凝聚热又重重新返回空气中，，故吸附前后可近近似认为空气的焓值不变。该过程为为A→D，其ε=0Φ=100%DA3/7/2023361、2湿空气的含湿湿图1、2湿空气的含湿湿图(6)湿空气的等温加湿过程(喷蒸气处理过过程)利用干式蒸气气加湿器或电加湿器，将水蒸气直直接喷入被处处理的空气中中，达到对空空气加湿的效效果。该过程程的热湿比值值等于水蒸气气的焓值，大大致与等温线线平行，可近近似认为，该该过程为等温加湿过程程。该过过程为A→F。Φ=100%FA3/7/2023371、2湿空气的含湿湿图3/7/2023381、2湿空气的含湿湿图3、湿空气的混混合过程空调工程中，，为了节省冷量（或或热量），通常采用部分分室内空气（（回风）与一一定数量的室室外新鲜空气气（新风）混混合，再进行行一定的空气气处理后送入入被空调房间间，这就需要要确定新风与与回风（两种种不同状态的的空气）混合合后空气的状状态参数。两种不同状态态的空气混合合后的状态参参数可以通过过计算法确定，也可在h-d图上用作图法法确定。设有两种状态态不同的空气气A与B，其干空气质质量分别为MA和MB，绝热混合后其状态用C表示。3/7/2023391、2湿空气的含湿湿图计算法:1、求混合后的的状态点C据质量守恒原原理有：MA+MB=MC据热量平衡有有：MAhA+MBhB=(MA+MB)hC…………(1)据湿量平衡有有：MAdA+MBdB=(MA+MB)dC…………(2)由（1）（2）式分别可得得：hC=(MAhA+MBhB)/(MA+MB)dC=(MAdA+MBdB)/(MA+MB)由hc及dC可在h-d图上确定混合合后的状态点点C3/7/2023401、2湿空气的含湿湿图作图法：2、混合前后状状态点的关系系由(1)式得MA(hA-hC)=MB(hC-hB)MA/MB=(hC-hB)/(hA-hC)由(2)式得MA(dA-dC)=MB(dC-dB)MA/MB=(dC-dB)/(dA-dC)故有：(hC-hB)/(hA-hC)=(dC-dB)/(dA-dC)=MA/MB说明：在h－d图上，表示示线段BC与线段AC斜率相同，，且C为公共点，，即：点A、B、C在同一直线线上，则有有：(hC-hB)/(hA-hC)=(dC-dB)/(dA-dC)=CB