湿空气的物理性质及焓湿图.ppt

纺织厂空调工程,第二章 湿空气的物理性质及焓湿图,西南大学纺织服装学院2013.5.10,Contents,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.1 空气的组成及性质大气：地球表面的空气层，由多种气体组成。空气的组成：（湿）空气=干空气+水蒸汽 干空气的组成（体积分数）：氮78.09%，氧20.94%，氩0.93%，二氧化碳0.03%空气的性质：干空气可近似为理想气体，湿空气由于所含水蒸汽少，也可近似为理想气体。通常假设空气的存在不影响水蒸汽的性质（冷凝、蒸发、过热等）。,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.1 空气的组成及性质理想气体状态方程(21)式中：P气体的压力（）;V气体的容积（）;m气体的质量（kg）;R气体常数（）;T气体的热力学温度（K）;,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.2 涉及湿空气的常见的工业过程 空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、冷却水塔中的水冷却过程等。而且在一些场合如烘干装置、采暖通风、室内调温调湿以及冷却塔等设备中用作工作介质的湿空气，通常都是采用环境大气，其水蒸气含量的多少具有特殊作用，因此有必要对湿空气的热力性质、参数的确定、湿空气的工程应用计算等作专门研究。,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 分析湿空气的假定把气相混合物看作是理想气体混合物；当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或固相中不包含溶解的空气；空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之间的相平衡。该假定在高压下可能导致较大的误差。,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数1、压力大气压力B 概念：地球表面的空气层在地面单位面积上所形成的垂直作用力（B）。（压力=作用力/作用面积）1Pa=1N/m 标准大气压：1标准大气压1013251N/m 表压力：仪表指示压力。Pju=Pb+B 或 Pju=B-Pb,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数1、压力大气压力B绝对压力与相对压力换算关系示意图图2-1,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数1、压力水蒸气分压力Pq：大气压力等于干空气分压与湿空气分压之和。B=Pg+Pq，因而湿空气中水蒸气的含量高低就表现为其分压力的高低。饱和及未饱和空气：一定温度下水蒸汽的分压有一最大限量，达到最大限量时空气称为饱和空气。该温度和压力下湿空气已经不能再容纳过多的水蒸气，否则将凝结为水滴从中析出。,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数2、温度 国际上通用的温标 热力学温标（绝对温标）T，单位K；摄氏温标t，单位；t=T-T0，T0=273.15K，两者温标起点不同，单位界定完全一样。,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数2、温度露点温度：水蒸气的饱和压力与温度有关，温度越高，饱和压力越大。一定温度压力下，水蒸气的分压不变，而降低温度也能使未饱和气体达到饱和状态，与此饱和状态温度对应的湿空气的温度称为露点温度，露点温度再冷却就会凝露。大气中雨的形成与此有关。,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数3、湿度 定义：湿空气单位体积内水蒸气质量(g)计算公式：,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数绝对湿度的另外表示用温度和水蒸气压力表示：饱和空气的绝对湿度：,2.1 湿空气的组成和状态参数,含湿量d 定义：内含1kg干空气的湿空气中，所含水蒸气的质量，以克（g）计算。计算公式：单位是由理想气体状态方程可得：,2.1 湿空气的组成和状态参数,含湿量d 对于饱和空气来说，其含湿量为：不同温度下的饱和空气含湿量见附表1,2.1 湿空气的组成和状态参数,相对湿度定义：在相同温度条件下，空气的绝对湿度和饱和状态的绝对湿度之比，以百分数表示。计算公式：根据绝对湿度的定义以及推导，可得 可以理解为湿空气中水蒸气的分压与同温度下饱和湿空气中水蒸气分压之比。,2.1 湿空气的组成和状态参数,相对湿度相对湿度的含湿量近似表示以上分析表明，空气的相对湿度反映了空气接近饱和空气的程度。（例1）,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数4、比容与密度比容：单位质量的空气所占的容积。关于比容的解释：对于比容，应该是1kg湿空气所占的容积，但是由于湿空气中水蒸气的含量经常发生变化，空气的比容也经常发生变化。空气调节过程中，为了便于分析和计算，湿空气的比容以内含1kg干空气的湿空气所占的容积来表示，单位是,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数4、比容与密度比容计算公式：密度 定义：单位体积的空气所具有的质量。密度计算公式：由于湿空气是由干空气和水蒸气组成，因此湿空气的密度应为干空气的密度与水蒸气的密度之和。,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数5、焓（含热量）定义：内含1kg干空气的湿空气所含的热量。解释：焓值是指湿空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，工程中简称为焓，以表示。湿空气的含热量等于其中1kg干空气的含热量 与其对应的水蒸气（dkg）的含热量 之和。工程上，可根据一定质量的空气在处理过程中比焓的变化，来判定空气是得到热量还是失去了热量。空气的焓增加表示空气中得到热量；空气的焓减小表示空气中失去了热量。在空气调节过程中，一般以摄氏0时干空气和水的含热量为零作为热量计算的起点。,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数5、焓（含热量）计算公式：当空气的温度为t，含湿量为d时，湿空气的焓i（）为 或表示为 式中含义见教材。,2.1 湿空气的组成和状态参数,2.1.3 湿空气的状态参数5、焓（含热量）i 在上式中，（1.01+1.84d/1000）t是随温度变化的热量，即“显热”；而2500d/1000则是0时dkg水的汽化潜热，它仅随含湿量而变化，与温度无关，即是“潜热”。由此可见，湿空气的含热量与温度和含湿量两个参数有关。温度升高会造成空气含热量增加，而假如温度升高同时含湿量降低，则空气的焓值不一定增加。例（2）,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 湿空气的焓湿（i-d）图 工程上常用焓-湿图（i-d图）分析湿空气的状态变化及其水蒸气含量的变化。图中：纵坐标是湿空气的焓i，单位为kJkg干空气；横坐标是含湿量d，单位为gkg干空气。为使各曲线簇不致拥挤，提高读数准确度，两坐标夹角为135，而不是90。图中水平轴标出的是含湿量值。,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 湿空气的焓湿（i-d）图 确定湿空气的独立状态参数应该是三个，即其中任意三个已知就可以确定湿空气的状态，也可以表示和分析湿空气的变化过程。解决问题的方式是通过查图i-d图,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则等焓（i）线与等含湿量（d）线：横纵坐标的角度为135,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则等温（t）线：等温线是一系列斜率相差很小的直线，利用可以绘制各条等温线。若设t为一常数，该方程为一直线方程，确定两点就可画出。通常选空气绝对干燥 和饱和状态 来绘制等温线。见教材说明2500+1.84t为等温线斜率，但各条线并不平行，由于1.84t远比2500小，常温下认为平行。,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则等相对湿度（）线：利用 在等温线和等焓线基础上绘制。由公式可以看出，等相对湿度线为曲线。当大气压力一定、相对湿度一定时，每取一个含湿量就得到一个饱和空气水蒸气分压力，而饱和空气水蒸气分压又是温度的单值函数（见附表1），可根据t，d对应关系绘制等相对湿度线。,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则等相对湿度（）线：在实际绘制过程中，先设定一相对湿度值，根据温度取值的不同，可以利用公式计算出于该温度相对应的含湿量值。每取一温度，便有一相对湿度与之对应，在焓湿图上找到各点连接起来便是一等相对湿度线。教材实例,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则等相对湿度（）线 焓湿图上，d=0时，因此d=0的含湿量线（纵坐标）也是 等相对湿度线。的曲线为饱和曲线。饱和曲线的左上方是未饱和空气，饱和曲线的右下方是过饱和空气，过饱和空气状态不稳定，空气中多余的水蒸气会凝结成小水滴悬浮在空气中而形成雾状，因此这一区域又成为“雾区”，曲线以下无实际意义,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则水蒸汽分压（）线 由公式（2-7/）绘制（教材图2-2）在大气压力为定值时，对于每一个湿空气的含湿量，都有唯一的水蒸气的分压力与之对应，因此在大气压力一定的条件下，含湿量可以和水蒸气的分压力可以使用同一个横坐标，可以用一个坐标同时表示两个量。,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则热湿比（）线 空调过程中，空气常常由一种状态变化至另一状态，为了表示变化过程中的方向和特性，常常会在焓湿图上标有热湿比线。,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则热湿比（）线,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则热湿比（）线 对于空气的任何变化过程，不论其初始状态如何，只要变化过程的热湿比值相同，则其变化过程必然是互相平行的。可在i-d图上任选一点，从这点引出的射线都代表一定的热湿比。热湿比有正有负，代表湿空气的变化方向。一般标在焓湿图的下方空白处。,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则热湿比线例题1：,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则热湿比线例题2：实际空调处理过程中的例子,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2.1 焓湿（i-d）图的成图规则 需要指出的是：i d图都是在一定总压力下制作的，不同的总压力线图不同。实际总压力与其相差不大时仍可用该图计算。若总压力差别比较大，则需要对id图上的参数进行修正，见图2-5。另外，当温度超过100时相对湿度为一常数，见图2-6。,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.2 湿空气的焓湿图（i-d图）,2.3 湿空气的基本热力过程,湿空气中，随着温度和压力的变化，水蒸气的含量、空气的状态等也会发生变化，用焓湿图分析是很方便和重要的，在空气调节中经常用到。当已知空的任意两个独立的参数时，便可以在图上确定出空气的状态点，因而在该状态下可以确定其他的参数。,2.3 湿空气的基本热力过程,几种典型的空气变化过程：加热：单纯加热冷却：单纯冷却、冷却去湿加湿：绝热加湿，加热加湿去湿：绝热去湿,2.3 湿空气的基本热力过程,2.3.1 单纯加热或冷却过程加热过程：一般在定压条件下完成。特征：湿空气t，d=const。过程线沿定含湿量线向温度升高的方向进行，过程中，i，。加热过程中，吸热量等于焓值的增加，即,2.3 湿空气的基本热力过程,冷却过程及冷却去湿过程：未饱和湿空气和饱和湿空气的冷却过程具有不同的特点。未饱和湿空气的冷却过程中，湿空气T，d=const。过程线沿定含湿量线向温度降低的方向进行，过程中，i，。如将湿空气继续冷却，温度降至其露点温度。,2.3 湿空气的基本热力过程,冷却过程及冷却去湿过程：当湿空气温度降至其露点温度，达到饱和状态后再进一步冷却，就有水蒸气不断凝结析出，湿空气的含湿量随之降低，即饱和湿空气的冷却过程伴随着去湿作用，所以常被称为冷却去湿过程。在焓-含湿量图上，湿空气的冷却去湿过程沿着 100的相对湿度线含湿量减小的方向进行。该过程中，湿空气t，i。,2.3 湿空气的基本热力过程,2.3.1.1 单纯加热或冷却过程,d不变,d,i,1,2,2,加热,放热,2.3 湿空气的基本热力过程,d,i,1,2,2,3,4,2.3.1.2 冷却去湿过程,2.3 湿空气的基本热力过程,2.3.2 绝热加湿过程 在绝热的条件下，湿空气吸收水分，其含湿量增加的过程，称为湿空气的绝热加湿过程。绝热加湿过程中，单位质量干空气的湿空气吸收的水分为d2d1，湿空气的焓增为水分带入的能量，即 式中：i水为水的焓。因为水分带入湿空气中的能量0.001(d2d1)i水与湿空气的焓i1、i2相比很小，可忽略不计，即,2.3 湿空气的基本热力过程,2.3.2 绝热加湿过程 绝热加湿过程中，水分蒸发生成水蒸气需从空气中吸收汽化潜热，使得湿空气的温度降低，所以该过程也称为蒸发冷却过程。,2.3.2 绝热加湿过程,d,i,1,2,d1,i1,d2,i2,d2-d1,i水,t1,t2,蒸发冷却过程,2.3.3 加热加湿过程,d,i,1,2,d1,i1,d2,i2,d2-d1,i水,t1,t2,i,i2,i1,3,i3,2.4 两种状态空气的混合,2.4.1 两种状态空气的混合概述 将状态不同的湿空气混合，可得到满足温度及湿度要求的湿空气。空气的绝热混合所得到的湿空气的状态，取决于混合前湿空气各气流的质量及状态。混合的特点：一般无水蒸气凝结、混合点后的状态点落在混合前的两个状态点的连线上。混合点、混合前两点的焓值和含湿量之间有一定的规律性的关系。,2.4 两种状态空气的混合,2.4.2 两种状态空气的混合过程 设混合前两种气体质量、含湿量及焓分别为G1，G2、d1，d2和i1，i2，而混合后湿空气的质量量G3、含湿量及焓为d3及i3，根据热力学第一定律及湿平衡方程可进行计算。,2.4.2 两种状态空气的混合过程,空调工程常用方法,d1,d2,G2,G1,G3,d3,2.4.2 两种状态空气的混合过程,d,i,1,2,i3,i2,3,i1,d1,d2,G2,G1,G3,d3,G1,G2,2.4.2 两种状态空气的混合过程,例：某空调室回风与室外新风混合，求混合空气状态。已知：G1=10000kg/h、t1=10、G2=40000kg/h、t2=30、解：查表得 由 得：,2.4.2 两种状态空气的混合过程,由得：即：进一步查表得：,2.4.2 两种状态空气的混合过程,解（另一方法）：根据已知条件在i-d图上找到状态点1，2，将两点直线连接，在连线上取一点3，使得 见图2-10，图中可以查得,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.1 确定空气的露点温度 空气的含湿量不变，冷却到饱和状态时的温度。（）利用焓湿图（i-d）确定露点温度：空气的状态为A，过A做等含湿量线，与饱和线相交与B，B点的温度即为该空气的露点温度。如图2-11,2.5 湿球温度与露点温度,空气的露点温度只取决于空气的含湿量，当含湿量一定时，空气的露点温度也就决定了。由此可知，不同状态的空气，只要其含湿量相同，它们的露点温度就相同。,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.2 干球温度和湿球温度的测量 湿空气的相对湿度和含湿量d的简便测量通常采用干湿球温度计测定。干球温度计(即普通温度计)测出的是湿空气的真实温度t。另一支温度计的感温球上包裹有浸在水中的湿纱布，称为湿球温度计。,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.2 干球温度和湿球温度的测量 干湿球温度计工作原理：（一）湿纱布表面处的空气湿度比空气流中的湿度大，则水汽由纱布向空气中扩散，导致湿纱布表面的水分不断汽化。,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.2 干球温度和湿球温度的测量干湿球温度计工作原理：（二）汽化水分所需要的汽化潜热，首先来自湿纱布，使其温度下降（即湿球温度计的读数下降），从而使气流与纱布之间产生温差，纱布将从空气中获得热量供水份蒸发。,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.2 干球温度和湿球温度的测量干湿球温度计工作原理：（三）当空气向湿纱布的传热速率等于水分汽化耗热的速率时，湿球温度计的读数维持不变，此时的温度为湿球温度tw。相对湿度通常用干湿球温度计来衡量,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.2 干球温度和湿球温度的测量干湿球温度计工作原理：说明：测量湿球温度时，空气速度一般需大于5 m/s，使测量较为精确。应用：纺织厂通常根据干湿球温度计，利用温湿度换算表来查相对湿度。,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.3 温湿度测量仪（温度）一、温度的测量：（一）、液体温度计：范围：-30550C 特点：构造简单，价格便宜，有足够的准确度，但灵敏度较低，热惰性较大和不能进行遥测。（二）、双金属温度计：测量精度为1，多用于自动记录仪上。,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.3 温湿度测量仪（温度）（三）、热电偶温度计 通常用来和显示仪表等配套使用，热惰性小，测量范围广，并可用于远距离测量和多点检测的特点。缺点是调整费时，精度差0.2C（四）、热电阻温度计-200+500C 精度高，能自动记录和远距离控制。,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.3 温湿度测量仪（湿度）（一）普通干湿球温度计 在一定空气状态下，干湿球温度的差值就等于空气相对湿度的高低。要准确地反映空气的相对速度，应使湿球周围空气的流通保证在2.5m/s以上。,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.3 温湿度测量仪（湿度）（二）通风干湿球温度计：在2.5m/s时，空气流过湿球表面的状态变化可以认为是沿着等焓线进行的，最终达到饱和状态。（三）毛发湿度计 能够自动记录空气相对湿度的变化结构简单，价格便宜，但灵敏性差，不稳定。,2.5 湿球温度与露点温度,2.5.3 温湿度测量仪（微风测量）（一）卡他温度计 用于测量1m/s以上的风通，误差较小，缺点是反映慢，不能测量变化很快的空气流通。（二）热球微风仪 灵敏，反应快，测量范围宽。缺点是元件易坏，价格高 0.0530米m/s 准确度不小于相应量程满度值的2%。,2.6 空气的干燥作业过程,以浆纱机热风干燥为例,2.6 空气的干燥作业过程,浆纱机干燥作业过程分析：1、4混合后，2为混合气体，空气2经过等含湿量加热，至状态3，由于管道散热，3等含湿量变化为3，烘房内高温干燥气体与经纱接触，温度下降，含湿量增加，理想状态下该过程为一等焓过程。该过程中，空气的状态包括了混合、加热、冷却、绝热加温四个连续过程。,再见,