Chapter6HumidAir

濕空氣工程熱力學

EngineeringThermodynamicsSAMThermalEnergyEngineeringDpt.

SAMThermalEnergyEngineeringDpt.

6-1§6-1未飽和濕空氣與飽和濕空氣

Unsaturatedhumid

AirandSaturatedhumid

Air

§6-2絕對濕度、相對濕度和含濕量

Absolutehumidity,RelativeHumidityandHumidityContent

§6-3濕空氣的焓-含濕量圖

Enthalpy—humiditycontentdiagramofhumidair§6-4濕空氣的熱力過程

ThermodynamicprocessofhumidairSummarySAM§6-1未飽和濕空氣與飽和濕空氣UnsaturatedHumid

AirandSaturatedHumid

AirSAMThermalEnergyEngineeringDpt.

6-2濕空氣humidair：mixtureofdryairandwatervapor(moisture).

Atnormaltemperatureandpressure，thepartialpressureofvaporofhumidairisrelativelylow,whichcanbetakenasidealgas，therefore,thehumidaircanbetreatedasideal-gasmixture.SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-3

通常，濕空氣中水蒸氣的含量很少，低于空氣溫度所對應的飽和壓力，即濕空氣中水蒸氣處于過熱蒸汽的狀態。未飽和濕空氣unsaturatedhumid

air

：過熱蒸汽+干空氣飽和濕空氣

saturatedhumid

air

：飽和蒸汽+干空氣A-C:不變，濕空氣溫度降低，當濕空氣溫度降低到對應的水蒸氣飽和溫度時，濕空氣由未飽和濕空氣轉變為飽和濕空氣。SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-3

對于液相溶液定壓加熱時，開始產生第一個氣泡的狀態稱為沸點（也稱泡點），該點溫度稱為沸點溫度（泡點溫度）。此時，工質開始處于氣液平衡狀態，繼續加熱，直至只剩最后一滴液滴的狀態，此狀態稱為露點，其溫度稱為露點溫度?；蛘哒f，氣相溶液定壓冷卻至出現第一滴液滴狀態的溫度，稱為露點溫度。對于純質，沸點與露點的溫度一致。拓展內容：沸點與露點SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-3

露點溫度（露點）DewPoint

：濕空氣中水蒸氣分壓力對應的飽和溫度（即C點溫度）①可用露點計或溫度計測得；②利用飽和水蒸氣表或圖查得。露點計是一個裝有易揮發液體乙醚的表面鍍鉻的金屬容器。由于乙醚揮發需要吸收熱量，使整個容器的溫度不斷下降，當鍍鉻的金屬表面開始失去光澤，這時溫度計所示的溫度，即露點溫度。在測量露點溫度過程中，濕空氣總壓力p以及分壓力pv和pa都保持不變，僅是露點計周圍濕空氣的局部溫度下降到td。所以，金屬表面的結露過程是一個等壓冷卻飽和過程。SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-3

§6-2

絕對濕度、相對濕度和含濕量Absolutehumidity,RelativeHumidityandHumidityContent

每立方米濕空氣中含有水蒸氣的質量。1.絕對濕度absolutehumidity：

其數值等于濕空氣溫度及水蒸氣分壓力所確定的狀態下水蒸氣密度。①絕對濕度是描述濕空氣中水蒸氣含量大小的狀態參數，它與水蒸氣的分壓力成正比；②在一定的溫度下，飽和濕空氣的絕對濕度最大，它僅是溫度的函數。可看出：SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-4

2.相對濕度relativehumidity:

在相同溫度下未飽和濕空氣的絕對濕度和飽和濕空氣的絕對濕度的比值。

若按理想氣體狀態方程近似計算，則：相對濕度表示濕空氣中水蒸氣含量的飽和程度，也說明濕空氣進一步吸收水蒸氣的能力?！鷿窨諝庠竭h離同溫度下的飽和狀態，濕空氣越干燥，吸濕能力越強。表示干空氣，吸收水蒸氣的能力最大。表示飽和濕空氣，若溫度不變此時的吸水能力為零。SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-5

相對濕度常用毛發濕度計或干濕球溫度計測定。干球溫度即為濕空氣的溫度，濕球溫度主要取決于相對濕度。飽和濕空氣，濕布中的水份不能蒸發，未飽和濕空氣，且相對濕度越小，干、濕球的差值越大。SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-6

濕球溫度在數值上等于濕空氣的絕熱飽和溫度。

濕空氣經歷一個絕熱飽和過程所達到的溫度，稱為該濕空氣的絕熱飽和溫度，它又可稱為理論濕球溫度，或熱力學濕球溫度。

濕空氣的絕熱飽和過程又可近似看成定焓過程。SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-7

濕空氣的三種飽和過程，可用水蒸氣坐標圖體現。g/kgDASAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-7

3.含濕量humiditycontent

相對于單位質量干空氣的濕空氣所含有的水蒸氣的質量。若按理想氣體近似計算：一般p一定，d取決于pv則p、t

一定時，d取決于φSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-8

結論：SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-8

例設大氣壓力為0.1MPa，溫度為30℃，相對濕度為60%,試求濕空氣的露點溫度、絕對濕度及含濕量。1.濕空氣的焓

enthalpy

of

humidairSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-8

§6-3濕空氣的焓-含濕量圖

Enthalpy—humiditycontentdiagramofhumidairkJ/kgDAkJ/kgkJ/kg∴kJ/kgDA濕空氣的焓基準規定：0℃時，干空氣的焓及飽和水的焓為零。濕空氣的比焓為1kg干空氣的焓和dg水蒸氣的焓之和。SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-9

注意：①濕空氣中水蒸氣的焓基準，與水蒸氣圖表的基準（三相點溫度0.01℃時，u'≡0）是不同的，但相差甚小。因此，在濕空氣的計算中，仍可使用水蒸氣圖表。②濕空氣的上述基準并非唯一的。由于行業的不同，或因濕空氣應用場合的不同，對于干空氣可選用不同的基準溫度。因此，在使用有關濕空氣的圖表時，應有意識地注意它的基準。2.Structureofdiagram(1)constanthumiditycontentline(2)constantenthalpyline(3)constanttemperatureline(4)constantrelativehumidityline(5)relationbetweenhumiditycontentandvaporpartialpressureSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-9

工程上，最常采用的是總壓力為0.1MPa的焓濕圖。SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

例濕空氣壓力為0.1MPa、溫度為30℃、相對濕度為60%，試由h-d圖求濕空氣的露點溫度、焓、含濕量及水蒸氣的分壓力及濕球溫度。T↑，h↑，↓,1.加熱過程

heatingprocess:heatingprocessisnormallyachievedunderconstantpressure.feature：d

=const，pv

=constSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-10

§6-4濕空氣的熱力過程

Thermodynamicprocessofhumidair一．濕空氣的典型熱力過程吸熱量2.冷卻及冷卻去濕過程Coolinganddehumidificationprocessfeature：T↓，h↓，↑

(1)coolingprocessofunsaturatedhumidairSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-10

(2)coolinganddehumidificationprocessfeature：d

=const，pv

=const放熱量h↓,T↓,d↓,pv↓,但φ不變（φ=1）。濕空氣的焓降等于冷卻介質帶走的熱量及冷凝水帶走的熱量之和。3.絕熱加濕過程

AdiabatichumidifyingprocessSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-12

在絕熱的條件下濕空氣吸收水分，使其含濕量增加的過程稱為絕熱加濕過程。

由于絕熱加濕過程中水分蒸發成水蒸氣要從空氣中吸熱，從而使濕空氣的溫度降低，所以該過程又稱為蒸發冷卻過程。

絕熱加濕過程中，對應單位質量干空氣的濕空氣吸收的水分為d2-d1

，則濕空氣的焓增就是由于水蒸氣帶進的焓值

∴濕空氣的絕熱加濕過程可近似看成定焓過程。4.絕熱混合過程AdiabaticmixingprocessSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-13

混合后的狀態3取決于混合前的流量、狀態。合流態3的確定∶干空氣質量守衡∶水蒸氣質量守衡∶4.絕熱混合過程Adiabaticmixingprocess--2SAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-13

圖示量段法∶即合流點3必在12的連線上，且在偏大流量一側。SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

二．濕空氣熱力過程實例1．物料干燥過程濕空氣在干燥箱中的過程可近似看成定焓過程。例6-3

物料烘干裝置如圖所示。已知進入加熱器的空氣狀態為t1＝20℃,φ1＝60％，被加熱到t2＝60℃后，進入烘干室。若從烘干室流出時的空氣溫度為t3＝30℃，試求從物料中吸收1kg水分所需的干空氣質量，以及在加熱器中所需的熱量。如果從烘干室流出的空氣已達到飽和狀態，其結果又將怎樣？SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

2．空氣調節過程例6-4

為了向室內供給溫度為20℃、相對濕度為0.6的空氣，需要通過空調設備來交換空氣。若室外氣溫為30℃，相對濕度為0.8，試計算每供給1kg干空氣所需的⑴放熱量和加熱量；⑵析出的水分。SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

例6-5

某車間由于設備工作而散發的熱量為Q＝170kJ/min，蒸發出的水份為mv＝0.38kJ/min。室外空氣溫度t0＝5℃，相對濕度φ0＝80%。若要維持車間空氣溫度為t1＝22℃

，相對濕度φ＝70%，試計算⑴所需的通風量；⑵對室外空氣的加熱量。SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

例6-6一股溫度t1＝12℃、相對濕度φ1＝20%、流量ma1＝30kgDA/min的濕空氣，與另一股溫度為t2=25℃、相對濕度φ2＝80%

、流量ma2＝15kgDA/min的濕空氣，在絕熱條件下混合，混合前后的壓力均為0.1MPa。試求混合后空氣的相對濕度、溫度和含濕量。

3.絕熱混合過程實例SAMSAMThermalEnergyEngineeringDpt.6-14

例6-7某電廠的冷卻塔如圖所示。已知濕空氣入口狀態為t1＝30℃、φ1＝40%；濕空氣出口狀態為t2＝38℃、φ2＝98%。若冷卻水由t3＝40℃被冷卻到t4＝25℃。試求：⑴冷卻