湿空气热物性参数的计算

1、 1 湿湿空气空气热物性参数热物性参数的的计算计算 王兴华 1，周鸣镝1，成红娟2 （1.兰州市城市建设设计院，甘肃 兰州 730050；2.兰州交通大学 环境与市政工程学院，甘肃 兰州 730070） 摘摘 要要：对不同地区总压力下的湿空气，以相对湿度和温度为已知量，分别建立了湿空气的密度、定压比热容、 动力粘度、导热系数等热物性参数的计算方程。利用 FORTRAN 语言编写了湿空气热物性参数的计算程序，可供计 算参考。 关键词关键词：湿空气；热物性参数；FORTRAN 语言 0 0 引言引言 湿空气是由干空气和水蒸气所组成混合气体， 因此有必要对湿空气热物性参数的计算方法进 行探讨。本文在

2、干空气和水蒸气的热物性参数基础上，以湿空气的总压力、相对湿度、温度为已 知量， 分别建立湿空气的密度、 定压比热容、 动力粘度、 导热系数等热物性参数的计算方程 14。 1 1 分子量及气体常数分子量及气体常数 湿空气的平均分子量可按混合气体的容积成分 ri或摩尔成分 xi进行计算 davmavv madadavvdavdav mamamama ppppp Mr Mr MMMMM pppp v dadav ma p MMM p （1） 式中：Mda为干空气的分子量，取 28.97；Mv为水蒸气的分子量，取 18.02；pma为湿空气总压力， Pa；pv为水蒸气分压力，Pa。 湿空气的气体常数

3、ma ma 8314 R M （2） 2 2 含湿量含湿量（比湿度比湿度） 含湿量(或称比湿度)是指在含有 1kg 干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量。 vs mavmas ( ) 622622 ( ) ppt d ppppt (g/kg(a) （3） 式中：d 为湿空气的含湿量，g/kg(a)；为湿空气相对湿度，；ps(t)为对应于湿空气温度t/的 水蒸气饱和压力，Pa，其值可通过查饱和水与饱和水蒸气表得到，也可由拟合的下式计算： 7 34 22 7.23 102.71 107.2 106.42 s( ) e ttt pt 。 3 3 比体积及密度比体积及密度 2 湿空气的比体积表示在一定

4、温度T和总压力p下， 1kg干空气和0.001d水蒸气所占有的容积， 即1kg干空气的湿空气比体积， 它也可看作是用总压力p和含湿量d计算所得的干空气的比体积， 即 da ma (10.001606 ) R T d p (m3/kg(a) （4） 由于湿空气的比体积是以 1kg 干空气为基准定义的，因此湿空气的密度是： ma ma da 10.001(10.001 ) (10.001606 ) dpd R Td (kg/m3 (a) （5） 式中： 为湿空气的比体积，m3/kg(a)；ma为湿空气的密度，kg/m3(a)；Rda为干空气的气体常数， 取 287 J/(K)；T 为湿空气的温度，

5、K。 4 4 湿空气的焓湿空气的焓 湿空气的焓是 lkg 干空气的焓和 0.001d kg 水蒸气的焓的总和，即 dap,da 1.01hctt (kJ/kg) （6） vp,v 2501 1.85hrctt (kJ/kg) （7） madav 0.0011.010.0012501 1.85hhdhtdt (kJ/kg) （8） 式中：hma为湿空气的焓，kJ/kg；hda为干空气的焓，kJ/kg；hv为水蒸气的焓，kJ/kg；cp,da为干空 气的定压比热容，取 1.01kJ/( kgK)；t 为空气的温度，；r 为水的汽化潜热，取 2501kJ/ kg； cp,v为水蒸气的定压比热容，取

6、1.85kJ/( kgK)。 5 5 定压比热容定压比热容 湿空气的定压比热容可按组分 xi进行计算： p,v vda p,mada p,dav p,vdap,dap,vdap,dap,v dap,dap,da 1 c xx cx cx cxccxcdcd xcc （9） 式中：cp,ma为湿空气的定压比热容，J/( kgK)；xda、xv分别是湿空气中干空气和水蒸气的质量分 数；cp,da为干空气的定压比热容，J/( kgK)，其值可通过查干空气热物理性质表得到，也可由拟 合的下式计算： 4 22 p,da 7 101.86 101005ctt ；cp,v为水蒸气的定压比热容，J/( kgK

7、)，其 值 可 通 过 查 水 蒸 气 热 物 理 性 质 表 得 到 ， 也 可 由 拟 合 的 下 式 计 算 ： 5 33 2 p,v 9 103.5 100.48731854.3cttt 。 由于 da da v dav da 11 1 1 x x x xxd x （其中： dav 1xx） 因此有： p,dap,v p,ma p,da (1) 1 cc cd dc （10） 3 6 6 动力粘度动力粘度 对于二元组分的湿空气而言，其动力粘度可由下式计算 5： 11 11mama22 dadadavvv 22 dadadavvvdav ma1111 mama 2222 dadavvda

8、davv dav MM x Mx M y My MMM MM y My Mx Mx M MM 1111 2222 dadadavvvdadavv 1111 2222 dadavvdav x Mx MMdM x Mx MMdM （11） 式中：ma为湿空气的动力粘度，kg/( ms)；yda、yv分别是湿空气中干空气和水蒸气的体积分数， 根据体积分数和质量分数的关系有： ma dada da M yx M 、 ma vv v M yx M ；Mda、Mv分别是干空气和 水蒸气的分子量，分别取 28.97 和 18.02；da为干空气的动力粘度，kg/( ms)，其值可通过查干 空气热物理性质表得

9、到，也可由拟合的下式计算： 6 226 da 4 104.81 1017.210tt ；v为水蒸气的动力粘度，kg/( ms)，其值可通 过 查 水 蒸 气 热 物 理 性 质 表 得 到 ， 也 可 由 拟 合 的 下 式 计 算 ： 7 226 v 8 104.01 108.02210tt 。 7 7 导热系数导热系数 按照 Wassiljewa 提出的混合气体导热系数的方程 6，湿空气的导热系数可表达为： mama dadavv dadavvdav ma mamamama davda,vvdav,da davda,vvdav,da davvda MM xx yyMM MMMM yy Ay

10、y A xx Axx A MMMM dadavvdav davdav davvdav,da da,vv,dada,v davvdadav vda 1 xxd MMMM xxxxdAd AAA MMMMMM MM dav dav da,vv,da vda 1 d MM dAdA MM （12） 式中：ma为湿空气的导热系数，W/( mK)；da为干空气的导热系数，W/( mK)，其值可通过查 干空气热物理性质表得到， 也可由拟合的下式计算： 7 232 da 3 107.7 102.4410tt ； v为水蒸气的导热系数，W/( mK)，其值可通过查水蒸气热物理性质表得到，也可由拟合的下 式计算

11、： 5 232 v 1 105.2 101.8310tt ；Ada,v，Av,da分别为干空气和水蒸气的结合因 4 子，可按下面式子计算： 2 1/21/4 davvda da,v 1/2 dav 1(/)(/) 8(1/ MM A MM （13） vda v,dada,v dav M AA M （14） 8 8 结论结论 该计算方法以湿空气最易获取的参数相对湿度和温度为已知量，分别建立了湿空气的密度、 定压比热容、动力粘度、导热系数等热物性参数的计算方程。可根据不同地区的湿空气总压力值 计算得到该地区的湿空气热物性参数。另外，为了便于计算，利用 FORTRAN 语言编写了湿空 气各热物性参数的计算程序，程序计算界面如图 1 所示，可供计算参考。 图 1 湿空气热物性参数程序计算界面 Fig.1 The model of flat air collector 参考文献参考文献 1王兴华,丁昀,杨庆,成红娟,姬广凡.空气湿度对平板空气集热器效率的影响J.可再生能 源.2013,31(1):5-8. 2康乐