冷却塔2-湿空气的性质与冷却塔的热力计算

湿空气的性质与冷却塔的热力计算要想真正了解冷却塔，就必须先从其热力冷却原理上予以深入掌握，因此本章引入湿空气的性质，目的在于使大家从热力原理出发更加清楚、深刻的理解冷却塔的冷却过程。序言二、湿空气与冷却塔的关系1.原理：通过塔顶风机的转动，将塔体外部的不饱和湿空气吸入塔内，然后经过填料层吸收部分水蒸气，变为饱和湿空气，再通过塔顶风机出口排出塔外。循环水通过水蒸气的汽化（蒸发）潜热，将热量传递给湿空气，从而使水的温度降低。未饱和空气饱和湿空气目录湿空气的概念1湿空气与冷却塔的关系2湿空气的性质3冷却塔冷却计算原理4一、湿空气的概念

湿空气是指含有水蒸气的空气，完全不含水蒸气的空气称为干空气。干空气是由氮，氧，氩，二氧化碳，氦和其他一些微量气体所组成的混合气体。湿空气是干空气和水蒸气的混合体。

冷却塔的循环水就是依靠湿空气作为介质来冷却的。在通常大气压下，空气中的水蒸气大部分处于不饱和状态，其水蒸气的分压力比较低，因此在引入计算过程中，可以将其视为理想气体。解释：饱和空气与未饱和空气1.饱和空气——由饱和水蒸气与干空气组成的湿空气。2.未饱和空气——由过热水蒸气与干空气组成的湿空气。（在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽，但最初只是湿饱和蒸汽，待蒸汽中的水分完全蒸发后才是干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和到湿饱和再到干饱和的过程温度是不增加的，干饱和之后继续加热则温度会上升，成为过热蒸汽）所以湿空气作为冷却塔中热量的传输媒介，我们必须要对其进行研究，掌握其物理性质，分析其对冷却过程的影响。三、湿空气的性质

表征湿空气性质的物理量，有很多，主要包括：1、干球温度2、湿球温度3、大气压力4、含湿量5、相对湿度7、露点温度8、湿空气的密度9、湿空气的比焓10、湿空气的比热等.....1、干球温度是从暴露于空气中而又不受太阳直接照射的干球温度表上所读取的数值，也就是我们平常所说的室外温度，是空气的实际温度。2、湿球温度ts是湿空气的一个状态参数，通常用干湿球温度计测量。干湿球温度计如图所示：由两支完全相同的水银（或酒精）温度计组成。其中一支温度计的温包上包有脱脂细纱布，纱布的末端浸入盛水容器中。这支温度计称为湿球温度计，它所测得的饱和空气温度就是湿球温度。另一支为干球温度计，所测得的温度为干球温度（大气温度或空气温度）。

湿球温度计的读数，既是湿纱布上水的读数，也是紧贴湿纱布的饱和空气层的读数。当用干湿球温度计测量空气的温度时，由于湿球温包上水分蒸发吸收热量的结果，使得湿球表面空气层的温度下降，因而湿球温度计的读数一般总是低于干球温度计的读数，这两者之差即为干湿球温度差。干湿球温度差的大小与被测空气的相对湿度有关，空气越干燥（Φ值越小），纱布上的水分蒸发越快，需要吸收的热量越多，湿球温度下降越多，干湿球温差越大；反之，干湿球温差越小。所以经常看到冷却塔设计和选型时会有湿球温度的影响和约束。3、露点温度tl是湿空气的一个重要状态参数。定义某状态下的未饱和空气，在含湿量不变的情况下将其冷却到饱和状态（Φ=100%）时所对应的温度，称为该状态空气的露点温度。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。在h-d图上的确定方法tlΦ=100%A露点温度和湿球温度的关系：露点温度是湿空气中水蒸汽分压力对应的饱和温度，湿球温度是湿球周围饱和空气层的水蒸汽分压力对应的饱和温度，因湿球周围空气层的水蒸汽分压力不可能低于空气中水蒸汽的分压力，所以湿球温度总是大于等于露点温度。4、大气压力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=MqRqT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·K

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，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。（空气里的水蒸气和干空气，好像在玩占座游戏一样，你多了我就得少了，你少了我就多了。谁能占上风，跟温度有很大关系。温度越高，水蒸气越有能力占上风。这是因为，温度越高，水蒸气分子运动越快，空气中就可以容纳更多的水蒸气。）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。

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。5、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。含湿量与水蒸气分压的关系：将理想气状态方程：PgV=MgRgT，PqV=MqRqT代入含湿量定义式：可知：在一定的大气压力B下，d仅与Pq有关，Pq越大，d越大。6、相对湿度Φ基本定义：指空气中的水蒸气分压力与同温度下饱和水蒸气分压力之比。即：Φ=Pq/Pqb

Φ表示空气接近饱和的程度。Φ值小，说明空气干燥，远离饱和状态，吸收水蒸气的能力强；Φ值大，则说明空气潮湿，接近饱和状态，吸收水蒸气的能力弱。Φ=100%为饱和空气，Φ=0则为干空气。

物理意义

空气的相对湿度越大，其含湿量就越高对吗？

不对，相对湿度是空气中的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度的比值。若温度相同，相对湿度越大则说明含湿量越高，但是不同温度就无法直接进行比较了，因为不同温度下的饱和绝对湿度是不一样的。7、比焓h基本定义：指1Kg干空气的比焓和d/1000Kg水蒸气的比焓的总和，单位KJ/Kg干空气，取0℃时空气的焓值为零，则：

h=1.005t+(2501+1.86t)d/1000

比焓是空调中的一个重要参数，用来计算在定压条件下对湿空气加热或冷却时吸收或放出的热量。意义影响因数

湿空气的比焓不是温度t的单值函数，而取决于温度和含湿量两个因素。温度升高，焓值可以增加，也可以减少，取决于含湿量的变化情况。根据热力学原理，热水经过冷却塔时放出之热量Q，应等于冷空气从进口到出口时所吸收的热量，那么冷却塔就是依据此原理进行计算的。四、冷却塔的冷却计算原理L×（t2-t1)=G×（h2-h1）L:循环水量m³/ht2:热水温度℃t1:冷水温度℃G:通风量m³/hh2:出风口空气kcal/kgh1:入风口空气焓kcal/kgL/G=水汽比t+dtx+dxi+dit,x,it2,x2,i2t1,x1,i1dzT＋dTT1冷空气G（kg/h）热空气G（kg/h）热水L（kg/h）冷却水L（kg/h）T2F(m2)α(m2/m3)zT：水温；t：空气温度冷却塔热力计算的方法目前国内外用的较多的是焓差法。公式里面包含了冷却塔水和空气的相关参数，是以水和排气特性为计算依据的积分方程式，代表了冷却塔的冷却能力，与气象条件有关，与填料的构造无关，称为冷却数或热交换数。N'=

为了便于计算，我们对冷却塔中的热力过程作如下简化假设：

(1)填料容积散质系数βxv，以及湿空气的比热，在整个冷却过程被看作是常量，不随空气温度及水温变化。

(2)在冷却塔内由于水蒸气的分压力很小，对塔内压力变化影响也很小，所以计算中压力取平均大气压力值。（3）认为水膜或水滴的表面温度与内部温度一致。

(4)在热平衡计算中，由于蒸发水量不大，也可以将蒸发水量忽略不计。

(5)在水温变化不大的范围内，可将饱和水蒸汽分压力及饱和空气与水温的关系假定为线性关系。＝Bg^mq^n*V/Q=N'=1.2476λ^1.474 公式里面包含了冷却塔填料及水量的相关参数，是指在一定的填料和水量条件下，填料的冷却能力，称为冷却塔的特性数。B常数，仅与填料材质、形式有关m常数，仅与填料材质、形式有关n常数，仅与填料材质、形式有关冷却塔的设计即在于使冷却塔的特性数和冷却数相等。举例：设计一台冷却塔，可将循环流量为100m³/h,热水温度为37℃的工艺水，冷却至32℃，当地湿球温度为28℃，使用秦泰横流式冷却塔1#填料片，求这台冷却塔的水气比。解题要点：通过假设不同的水气比，求得最终水气比。解：（1）假设冷却塔的水气比为1.3，带入计算，求得冷却数N'（2）求得采用1#填料片进行冷却的冷却塔特性数＝Bg^mq^n*V/Q=N'=1.2476λ^1.474=1.2 N<N’所以水气比1.3不满足条件。(3)再次假设新的水气比，带入公式：假设水气比为1.5，此时的冷却塔特性数为1.512，此时已经比较接近了＝1650g0.4q