工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課件-濕空氣

第

十二章

濕空氣第十二章濕空氣是什么意思？——含有“水蒸氣”的空氣，稱為“濕空氣”——完全不含水蒸氣的空氣，稱為“干空氣”

（是否真實(shí)存在？沙漠）一般情況，大氣中水蒸氣的含量小、變化小，可以近似看作為“干空氣”。第一節(jié)

概述濕空氣是什么意思？——含有“水蒸氣”的空氣，稱為“濕空氣”（濕空氣濕空氣是干空氣與水蒸氣的混合物。濕空氣中水蒸氣往往處于過熱狀態(tài)。此時(shí)，濕空氣中的水蒸氣含量的多少就具有特殊意義了。與濕空氣有關(guān)的常見工業(yè)過程空氣溫度與濕度調(diào)節(jié)過程、物體的干燥過程、冷卻水塔中的水冷卻過程等。濕空氣此時(shí)，濕空氣中的水蒸氣含量的多少就具有特殊意義了。與濕分析濕空氣時(shí)的假定：可將氣相混合物視為理想氣體混合物；當(dāng)蒸汽凝結(jié)成液相或固相時(shí)，液相或固相中不包含溶解的空氣；空氣的存在不影響蒸汽與其凝聚相之間的相平衡。分析濕空氣時(shí)的假定：未飽和空氣，飽和空氣——未飽和空氣，指所含的水蒸氣處于過熱狀態(tài)；飽和空氣則指其中水蒸氣處于飽和。由理想氣體分壓力定律1801，道爾頓定律濕空氣總壓力干空氣分壓力水蒸氣分壓力如果是環(huán)境大氣，則為大氣壓pb未飽和空氣，飽和空氣——未飽和空氣，指所含的水蒸氣處于過熱狀下標(biāo)約定：a——干空氣的參數(shù)v——水蒸氣的參數(shù)s——飽和水蒸氣參數(shù)

無下標(biāo)－含濕空氣（即濕空氣）參數(shù)下標(biāo)約定：第二節(jié)濕空氣及其狀態(tài)參數(shù)工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課件-濕空氣一、絕對濕度，飽和空氣絕對濕度：單位容積(1m3)濕空氣中包含的水蒸氣質(zhì)量(kg)，亦即水蒸氣的密度一、絕對濕度，飽和空氣在一定溫度下：濕空氣中水蒸氣的分壓力愈大，其絕對濕度愈大；濕空氣中水蒸氣的分壓力不可能超過該溫度下水蒸氣的飽和壓力在一定溫度下：

水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)，濕空氣具有該溫度下的最大絕對濕度，這時(shí)的空氣稱為飽和空氣。水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)，濕空氣具有該溫度下的最大絕對濕度，這時(shí)濕空氣未達(dá)到飽和時(shí)，其中水蒸氣的分壓力總小于飽和壓力，水蒸氣處于過熱狀態(tài)，這時(shí)濕空氣為未飽和空氣。濕空氣未達(dá)到飽和時(shí)，其中水蒸氣的分壓力總小水蒸氣的分壓力水蒸氣飽和壓力二、相對濕度

濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和空氣的分壓力之比——稱為相對濕度或表示為——水蒸氣的分壓力水蒸氣飽和壓力二、相對濕度或表示為——

的變化范圍為

0～1（0%～100%，對于飽和空氣，其相對濕度為1或100%）相對濕度

愈小，表明什么？相對濕度

愈小，表示空氣中水蒸氣離飽和狀態(tài)越遠(yuǎn)，即越干燥，此時(shí)空氣吸收水分的能力越強(qiáng)；反之空氣愈潮濕，吸濕能力越弱?！锏淖兓秶鸀?～1（0%～100%，對于飽和空氣，其相根據(jù)水蒸氣的理想氣體狀態(tài)方程：和濕空氣中水蒸氣組元的狀態(tài)方程：以及理想氣體摩爾成分xv與分壓力pv的關(guān)系，相對濕度可以表示為：根據(jù)水蒸氣的理想氣體狀態(tài)方程：和濕空氣中水蒸氣組元的狀態(tài)方程三、飽和蒸汽壓、露點(diǎn)、絕熱飽和溫度未飽和濕空氣達(dá)到飽和有三種典型的途徑：三、飽和蒸汽壓、露點(diǎn)、絕熱飽和溫度1、溫度不變的情況下，水分向空氣中蒸發(fā)，蒸汽的分壓力增加，可以達(dá)到飽和空氣狀態(tài)，如圖中定溫過程A－C。達(dá)到飽和時(shí)，蒸汽分壓力就是對應(yīng)此空氣溫度的飽和蒸汽壓力ps。等溫1、溫度不變的情況下，水分向空氣中蒸發(fā)，蒸汽的分壓力增加，可2、保持濕空氣中蒸汽分壓力不變，降低濕空氣溫度，也可以達(dá)到飽和，如圖A－B。B點(diǎn)的溫度為對應(yīng)于pv的飽和溫度，稱為露點(diǎn)溫度（簡稱露點(diǎn)），用td表示。生活中的實(shí)例比比皆是等壓2、保持濕空氣中蒸汽分壓力不變，降低濕空氣溫度，也可以達(dá)到飽3、在絕熱條件下向濕空氣加入水分，盡其蒸發(fā)，也可使空氣達(dá)到飽和，如圖A－G。G點(diǎn)為絕熱飽和狀態(tài)，相應(yīng)的溫度為絕熱飽和溫度，用Tw表示。絕熱3、在絕熱條件下向濕空氣加入水分，盡其蒸發(fā)，也可使空氣達(dá)到飽四、濕空氣的含濕量d定義：1kg干空氣所攜帶的水蒸氣質(zhì)量，稱“含濕量”干空氣的摩爾質(zhì)量=28.97×103kg/mol水蒸氣的摩爾質(zhì)量=18.016×103kg/mol由分壓力定律可知：理想氣體混合物中各組元的摩爾數(shù)之比，等于其分壓力之比四、濕空氣的含濕量d定義：1kg干空氣所攜帶的水蒸氣質(zhì)量，稱四、濕空氣的含濕量d定義：1kg干空氣所攜帶的水蒸氣質(zhì)量，稱“含濕量”干空氣的摩爾質(zhì)量=28.97×103kg/mol水蒸氣的摩爾質(zhì)量=18.016×103kg/mol由分壓力定律可知：理想氣體混合物中各組元的摩爾數(shù)之比，等于其分壓力之比四、濕空氣的含濕量d定義：1kg干空氣所攜帶的水蒸氣質(zhì)量，稱五、濕空氣的焓考慮到濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量常變，而干空氣的質(zhì)量相對穩(wěn)定，所以濕空氣的比焓是也相對于單位質(zhì)量干空氣而言的：五、濕空氣的焓經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式：第三節(jié)相對濕度測定工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課件-濕空氣？◆如果濕空氣未飽和，則濕紗布中的水分吸熱、汽化，向空氣擴(kuò)散，同時(shí)空氣也向濕紗布傳熱，達(dá)到熱平衡?！魸窨諝獾暮瑵窳縟越小，汽化越快，吸熱越多，濕球溫度越低，干濕球溫度計(jì)的溫差越大。測量濕空氣真實(shí)溫度？◆如果濕空氣未飽和，則濕紗布中的水分吸熱、汽化，向空氣擴(kuò)散在溫度計(jì)讀出干/濕球溫度計(jì)的溫差后，就可由表格查到對應(yīng)的相對濕度值。在溫度計(jì)讀出干/濕球溫度計(jì)的溫差后，就可由表格查到對應(yīng)的相對第四節(jié)濕空氣的焓-濕圖工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課件-濕空氣一、濕空氣的焓-濕圖（h-d圖）h-d圖由下列五種線群組成：＝100%飽和空氣曲線把h-d圖分成兩部分，曲線以上為未飽和濕空氣，曲線以下無實(shí)際意義。一、濕空氣的焓-濕圖（h-d圖）濕空氣濕空氣1、等d線是一組平行于縱坐標(biāo)的直線群。2、等焓線（等h線）等h線是一組與橫坐標(biāo)軸成135°的直線群。等h線亦可看成為定濕球溫度線（tw）1、等d線是一組平行于縱坐標(biāo)的直線群。濕空氣濕空氣3、等溫線（等

t線）可見在h-d

圖上，定t線的斜率為正，且隨t增大斜率增大。3、等溫線（等t線）濕空氣濕空氣4、等相對濕度線（等

）定線是一組向上凸的曲線群。露點(diǎn)td

是濕空氣冷卻到

＝100%時(shí)的溫度。因此含濕量d相同，狀態(tài)不同的濕空氣具有相同的露點(diǎn)。4、等相對濕度線（等）濕空氣濕空氣5、水蒸氣分壓力線5、水蒸氣分壓力線濕空氣濕空氣二、h-d

圖的應(yīng)用根據(jù)2個(gè)獨(dú)立的濕空氣參數(shù)，可在圖上確定其它剩余的濕空氣參數(shù)：二、h-d圖的應(yīng)用第五節(jié)濕空氣過程及其應(yīng)用工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課件-濕空氣一、等濕度加熱（或冷卻）過程加熱：1－2冷卻：1－2`（t>td）特征：冷卻至凝結(jié)，t=td（與100%線相交），出現(xiàn)水滴一、等濕度加熱（或冷卻）過程加熱：1－2冷卻：1－2`（t二、絕熱加濕過程噴水加濕1－2絕熱加濕，增加含濕量，水分蒸發(fā)。因與外界絕熱，只能由自身熱量供給，故溫度降低。小而不計(jì)小而不計(jì)二、絕熱加濕過程噴水加濕1－2絕熱加濕，增加含濕量，水分蒸二、絕熱加濕過程噴水加濕1－2絕熱加濕，增加含濕量，水分蒸發(fā)。因與外界絕熱，只能由自身熱量供給，故溫度降低。二、絕熱加濕過程噴水加濕1－2絕熱加濕，增加含濕量，水分蒸二、絕熱加濕過程

噴蒸汽加濕1－2’噴蒸汽噴水蒸氣加濕，濕空氣的焓、含濕量、相對濕度均增加。二、絕熱加濕過程噴蒸汽加濕1－2’噴蒸汽噴水蒸氣加濕，濕空三、冷卻去濕過程

濕空氣被冷卻到露點(diǎn)溫度，空氣為飽和狀態(tài)，繼續(xù)冷卻時(shí)將有水蒸氣凝結(jié)析出，達(dá)到對濕空氣除濕的目的，如圖1-A-2三、冷卻去濕過程濕空氣被冷卻到露點(diǎn)溫度，空氣為飽和狀態(tài)四、絕熱混合過程終態(tài)3在初態(tài)1與2的連線上四、絕熱混合過程終態(tài)3在初態(tài)1與2的連線上五、烘干過程未飽和空氣流經(jīng)濕物料，吸收其水分；為提高吸濕能力，需先加熱濕空氣。（加熱+吸濕），圖書例五、烘干過程未飽和空氣流經(jīng)濕物料，吸收其水分；為提高吸濕能六、冷卻塔圖書例利用蒸發(fā)冷卻，將熱水降溫，獲得工業(yè)用循環(huán)水。六、冷卻塔圖書例利用蒸發(fā)冷卻，將熱水降溫，獲得工業(yè)用循環(huán)水溫度、濕度與大氣壓強(qiáng)

物理學(xué)告訴我們：“大氣壓的變化跟天氣有密切的關(guān)系．一般地說，晴天的大氣壓比陰天高，冬天的大氣壓比夏天高．”對這段敘述可歸結(jié)為溫度、濕度與大氣壓強(qiáng)的關(guān)系問題．

我們通常所稱的大氣，就是包圍在地球周圍的整個(gè)空氣層．它除了含有氮?dú)?、氧氣及二氧化碳等多種氣體外，還含有水汽和塵埃．我們把含水汽很少（即濕度?。┑目諝夥Q“干空氣”，而把含水汽較多（即濕度大）的空氣稱“濕空氣”．不要以為“干”的東西一定比“濕”的東西輕．其實(shí)，干空氣的分子量是28.966，而水汽的分子量是18.016，故干空氣分子要比水汽分子重．在相同狀況下，干空氣的密度也比水汽的密度大．水汽的密度僅為干空氣密度的62％左右．溫度、濕度與大氣壓強(qiáng)

物理學(xué)告訴我們：“大氣壓的變應(yīng)當(dāng)說，由于大氣處于地球周圍的一個(gè)開放空間，而不存在約束其運(yùn)動(dòng)范圍的具體疆界，這就使它跟處于密閉容器中的氣體不同．對一個(gè)盛有空氣的密閉容器來說，只要容器中氣體未達(dá)到飽和狀態(tài)，那么，當(dāng)我們向容器中輸入水汽的時(shí)候，氣體的壓強(qiáng)必然會(huì)增加．而大氣的情況則不然．當(dāng)因自然因素或人為因素使某區(qū)域中的大氣濕度增大時(shí)，則該區(qū)域中的“濕空氣”分子（包括空氣分子和水汽分子）必然要向周圍地區(qū)擴(kuò)散．其結(jié)果將導(dǎo)致該區(qū)域大氣中的“干空氣”含量比周圍地區(qū)小，而水汽含量又比周圍地區(qū)大．這猶如在大豆中摻入棉籽時(shí)其混合體密度要小于大豆密度一樣，所以該區(qū)域的濕空氣密度也就小于其它地區(qū)的干空氣密度．這樣，對該區(qū)域的一個(gè)單位底面積的氣柱而言，其重量也就小于其它干空氣地區(qū)同樣的氣柱這也就告訴我們，大氣壓隨空氣濕度的增大而減?。完幪炫c晴天而言，實(shí)際上也就是陰天的空氣濕度比晴天要大，因而陰天的大氣壓也就比晴天小．

我們知道，氣體分子的“碰撞”是產(chǎn)生氣體壓強(qiáng)的根本原因．因而對大氣壓隨空氣濕度而變化的問題，我們也可以由此作出解釋，根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)的基本理論，氣體分子的平均速率：

應(yīng)當(dāng)說，由于大氣處于地球周圍的一個(gè)開放空間，而不存在則氣體分子的平均動(dòng)量（僅考慮其大?。?/p>

由此可見，平均質(zhì)量大的氣體分子，其平均動(dòng)量也大（有的文獻(xiàn)①中所言：“干空氣的平均速度也大于濕空氣”，是不正確的）．而對相同狀況下的干空氣與濕空氣來說，由于干空氣中的氣體分子密度及分子的平均質(zhì)量都比濕空氣要大，且干空氣分子的平均動(dòng)量也比濕空氣大，因而濕度小的干空氣壓強(qiáng)也就比濕度大的濕空氣大．

則氣體分子的平均動(dòng)量（僅考慮其大?。?/p>

由此可見當(dāng)我們給盛有空氣的密閉容器加熱的時(shí)候，則其壓強(qiáng)當(dāng)然也會(huì)增大．而對大氣來說情況就不同了．當(dāng)某一區(qū)域的大氣溫度因某種因素而升高時(shí)，必將引起空氣體積的膨脹，空氣分子勢必要向周圍地區(qū)擴(kuò)散．溫度高，氣體分子固然會(huì)運(yùn)動(dòng)得快些，這將成為促進(jìn)壓強(qiáng)增大的因素．但另一方面，隨著溫度的升高，氣體分子便向周圍擴(kuò)散，則該區(qū)域內(nèi)的氣體分子數(shù)就要減少，從而形成一個(gè)促使壓強(qiáng)減小的因素．而實(shí)際的情況乃是上述兩種對立因素共同作用的結(jié)果．至于這兩種因素中哪個(gè)起主要作用，我們不妨來看一看大陸及海洋上氣壓隨氣溫變化的實(shí)際情況．我們說，夏季大陸上氣溫比海洋上高，由于大陸上的空氣向海洋上擴(kuò)散，而使大陸上的氣壓比海洋上低；冬季大陸氣溫比海洋上低，由于海洋上空氣要向大陸上擴(kuò)散，又使大陸上氣壓比海洋上高．而由此可見，在溫度變化和分子擴(kuò)散兩個(gè)因素中，擴(kuò)散起著主要的、決定性的作用．應(yīng)當(dāng)指出，這里所說的擴(kuò)散，是指空氣的橫向流動(dòng)．因?yàn)橛煽諝獾目v向流動(dòng)并不能改變豎直氣柱的重量（有的文獻(xiàn)②把因溫度而產(chǎn)生的氣壓變化說成是空氣沉浮的結(jié)果，這是不妥的），因而也就不能改變大氣的壓強(qiáng)（對重力加速度g因高度變化而產(chǎn)生的影響完全可以忽略）．

當(dāng)我們給盛有空氣的密閉容器加熱的時(shí)候，則其壓強(qiáng)當(dāng)然也由于地球上的大氣總量是基本上恒定的．當(dāng)一個(gè)地區(qū)的氣溫增加時(shí)，往往伴隨著另一個(gè)地區(qū)