工熱-ch3濕空氣第十三章

第十三章濕空氣第一節(jié)概

述濕空氣是什么意思？——含有“水蒸氣”的空氣，稱為“濕空氣”——完全不含水蒸氣的空氣，稱為“干空氣”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”。（干空氣是否真實(shí)存在？～沙漠）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)。（圖？）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。此時(shí)，濕空氣中的水蒸氣含量的多少，具有特殊意義。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。什么叫：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，定律混合氣體總壓力p

pi

(各組分分壓力之和)p

pa

pv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)第二節(jié)濕空氣及其狀態(tài)參數(shù)一、絕對(duì)濕度絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝蝗莘e(1m3)濕空氣中包含的水蒸氣質(zhì)量(kg)。（亦即水蒸氣的密度）pvkgm3vvg

,v1

v

R

T

在一定溫度下：

濕空氣中水蒸氣的分壓力愈大，其絕對(duì)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pv

pspvkgm3vv

g

,v1

v

R

T

水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)，濕空氣具有該溫度下的最大絕對(duì)濕度（此時(shí)空氣為飽和空氣）pv

psR

Tpsg

,vv

s

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)（此時(shí)濕空氣為未飽和空氣）pv

psv

s二、相對(duì)濕度濕空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和空氣的絕對(duì)濕度之比——稱為相對(duì)濕度s

v

濕空氣的絕對(duì)濕度飽和空氣的絕對(duì)濕度pspv水蒸氣飽和壓力二、相對(duì)濕度濕空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和空氣的分壓力之比——稱為相對(duì)濕度或表示為——水蒸氣的分壓力的變化范圍為

0～1（0%～1

0%，對(duì)于飽和空氣，其相對(duì)濕度為1或1

0%）思考——相對(duì)濕度愈小，表明什么？的變化范圍為

0～1（0%～1

0%，對(duì)于飽和空氣，其相對(duì)濕度為1或1

0%）思考——相對(duì)濕度愈小，表明什么？相對(duì)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?！锔鶕?jù)水蒸氣的理想氣體狀態(tài)方程：p

RvTvvsv

svp

RvT和濕空氣中水蒸氣組元的狀態(tài)方程：mv

pvV

RvT以及理想氣體摩爾成分xv與分壓力pv的關(guān)系，相對(duì)濕度可以表示為：

vs

vpv

mv

xvps

vvs

ms

xs三、飽和蒸汽壓、

、絕熱飽和溫度未飽和空氣達(dá)到飽和有三種典型的途徑：T

s

p1、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(duì)應(yīng)此空氣溫度的飽和蒸汽壓力ps。等溫T2、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(duì)應(yīng)于pv的飽和溫度，稱為溫度（簡(jiǎn)稱用td

表示。），生活中的實(shí)例比比皆是等壓p3、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s四、濕空氣的含濕量dkgkg

(干空氣）amd

mv由于在干燥、吸濕等過程中，載熱/濕介質(zhì)為干空氣（近似），因此，濕空氣的一些狀態(tài)參數(shù)都是以單位質(zhì)量的干空氣為基準(zhǔn)的。定義：1kg干空氣所攜帶的水蒸氣質(zhì)量，稱“含濕量”四、濕空氣的含濕量dkgaa

am

M

nd

mv

Mvnvkg

(干空氣）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定義：1kg干空氣所攜帶的水蒸氣質(zhì)量，稱“含濕量”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dkgaa

am

M

nd

mv

Mvnvkg

(干空氣）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定義：1kg干空氣所攜帶的水蒸氣質(zhì)量，稱“含濕量”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d

Mv

pv

0.622

pv

0.622Ma

papa

0.622pvp

pvpsp

ps四、濕空氣的含濕量dkgkg

(干空氣）在干燥、吸濕等過程中，載熱/濕介質(zhì)是干空氣，濕空氣的一些狀態(tài)參數(shù)都是以單位質(zhì)量干空氣為基準(zhǔn)的。

0.622

pv

0.622d

Mv

pv

pvMa

pa

pa

p

pvpsp

ps

0.622定義：1kg干空氣所攜帶的水蒸氣質(zhì)量，稱“含濕量”

0.622

0.622pvpsp

psMa

pad

Mv

pvpa

0.622

pvp

pv在總壓力p不變的情況下，一定的蒸汽分壓力對(duì)應(yīng)著一定的含濕量在總壓力p不變的情況下，相

對(duì)濕度愈大，含濕量也愈高。kg

kg

(干空氣）五、濕空氣的焓H

maha

mv

hv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(duì)穩(wěn)定，所以，濕空氣的比焓是也相對(duì)于單位質(zhì)量干空氣而言的：

ha

dhvah

maha

mv

hvm經(jīng)驗(yàn)公式：h

1.005

d

(2501

1.86)kJ

kg(干空氣）六、濕空氣的比體積1

kg干空氣與dkg的水蒸氣組成的濕空氣，其比體積為：Pv

(1

d

)RgT

m3

/kg(干空氣)其中：Rg

wi

R

287

461d1

dg

,i詳見算例p345,13-1,-2第三節(jié)相對(duì)濕度測(cè)定如果濕空氣未飽和，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。濕空氣的含濕量d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(cè)量濕空氣真實(shí)溫度t

濕球溫度下的汽化潛熱w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(duì)應(yīng)t的相對(duì)濕度值。w1.86(t

tw

)

t其中：

tw

濕球溫度ds

濕球溫度下的飽和含濕量d

1.005(tw

t

)

dstw第四節(jié)濕空氣的焓濕圖一、濕空氣的焓濕圖（h-d圖）h-d

圖由下列五種線族組成：＝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。空氣溫度含濕量蒸汽分壓焓比體積相對(duì)濕度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）含濕量焓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。h

cp,a

t

d

(hc

cp,v

t

)

hc

cp,v

tdht空氣溫度4、等相對(duì)濕度線（等

）定

線是一組向上凸的曲線群。

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。相對(duì)濕度5、水蒸氣分壓力線0.622

dpdvp

pv

f

(d

)蒸汽分壓二、

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)：t

tw

pv

d

h

td第五節(jié)濕空氣過程及其應(yīng)用一、等濕度加熱（或冷卻）過程特征：d

0加熱：1－2t↑h↑

↓,吸濕能力增強(qiáng)冷卻：1－2`（t>td）,

吸濕能力減弱t

h

冷卻至凝結(jié)，t=td（與100%線相交），出現(xiàn)水滴q

h2

h1例子？二、絕熱加濕過程噴水加濕1－2h

0d

t

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。h1

(d2

d1

)hl

h2小而不計(jì)小而不計(jì)二、絕熱加濕過程噴水加濕1－2h

0d

t

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。h1

(d2

d1

)hl

h2h1

h2故，沿等焓線變化二、絕熱加濕過程噴蒸汽加濕1－2’h2

h1

(d2

d1

)hvh

d

噴蒸汽噴水蒸氣加濕，濕空氣的焓、含濕量、相對(duì)濕度均增加。三、冷卻除濕過程到濕空氣被冷卻溫度，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(duì)濕空氣除濕的目的，如圖1-A-2滾筒洗衣機(jī)例四、絕熱混合過程h3

h1

h2

h3d3

d

1

d2

d

3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），

例六、冷卻塔例利用蒸發(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 ：“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(duì)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．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?/p>

等多種氣體外，還含有水汽和塵埃．

把含水汽很少（即濕度小）的空氣稱

“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．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，這就使它跟處于密閉容器中的氣體不同．對(duì)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)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．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(duì)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，大氣壓隨空氣濕度的增大而減小．就陰天與晴天而言，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?。溃瑲怏w分子的“碰撞”是產(chǎn)生氣體壓強(qiáng)的根本原因．因而對(duì)大氣壓隨空氣濕度而變化的問題，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：則氣體分子的平均動(dòng)量（僅考慮其大小）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(duì)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．當(dāng) 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(duì)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(shì)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(duì)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